本發(fā)明屬于高性能纖維制備，具體涉及一種液晶聚芳酯纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

1、液晶聚合物的英文縮寫為lcp（英文全稱：liquid?crystal?polymer），是介于液體和晶體之間的一種中間態(tài)。lcp在其液晶態(tài)相區(qū)間溫度時(shí)能表現(xiàn)出獨(dú)特的特性，如熔體粘度較低，流動(dòng)性顯著優(yōu)于普通聚合物以及優(yōu)異的取向有序性（即高取向性），等等。因此lcp材料具有諸如高強(qiáng)度、高模量、拔萃的耐熱性、極小的線膨脹系數(shù)、優(yōu)良的耐燃性、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性、耐氣候老化和能透微波，以及優(yōu)異的成型加工性能等，在國(guó)防軍工、航空航天、5g通信、汽車電子領(lǐng)域等有著日益增長(zhǎng)的巨大應(yīng)用需求。

2、前述液晶聚合物根據(jù)液晶形成的條件分為熱致性液晶聚合物和溶致性液晶聚合物，前者通常定義為：通過(guò)溫度變化形成液晶態(tài)，在特定溫度范圍內(nèi)（介于熔點(diǎn)與清亮點(diǎn)之間）聚合物熔融后呈現(xiàn)有序的液晶相；后者通常定義為：通過(guò)溶解于適當(dāng)溶劑并達(dá)到臨界濃度后形成液晶態(tài)（液晶相的形成依賴于溶劑與聚合物的相互作用），如對(duì)位芳綸（美國(guó)dupont公司kevlar?，日本teijin公司twaron?），pbo纖維（日本東洋紡zylon?等）。概括地講，溶致性液晶聚合物的液晶態(tài)是在溶液中形成，熱致性液晶聚合物的液晶態(tài)是在熔體中或玻璃化溫度以上形成。液致性液晶可用溶劑法紡絲生產(chǎn)纖維或薄膜，熱致性液晶可注塑、擠出成型等。自1956年由美國(guó)杜邦公司的lcp產(chǎn)品凱夫拉（kevlar）問(wèn)世后，其優(yōu)越性能逐漸受到人們的重視，并且于上世紀(jì)七十～八十年代逐步展開大規(guī)模研究。

3、上述液晶聚芳酯纖維的技術(shù)信息可在公開的中國(guó)專利文獻(xiàn)中見諸，如cn104389045a推薦有“一種熱致液晶聚芳酯纖維的制備方法”，其步驟見其說(shuō)明書第0006段至0009段，著稱最終得到的聚芳酯纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)4-4.5gpa（說(shuō)明書第0010段）；又如cn115323502a提供有“一種用于制備液晶聚芳酯纖維的紡絲設(shè)備和方法”，其是將液晶聚芳酯樹脂通過(guò)進(jìn)料口加入擠壓機(jī)的進(jìn)料段，經(jīng)擠壓機(jī)熔融擠出，經(jīng)紡絲機(jī)拉絲冷卻固化制備得到纖維材料，而對(duì)于擠壓機(jī)的選擇，其采用具有三根并列排布或三角排布的機(jī)型，通過(guò)在螺桿的多重高頻剪切作用下降低液晶聚芳酯的熔體粘度，增加其流動(dòng)性，從而降低了聚合物的加工溫度。其中，螺桿的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速100～600轉(zhuǎn)/分鐘，擠壓機(jī)各功能區(qū)的溫度為：進(jìn)料段和熔融段的溫度為280～320℃、降粘段的溫度為290～330℃、熔體加壓段的溫度為300～325℃、排氣段的溫度為310～330℃、熔體均化段的溫度為300～340℃。

4、以上就液晶聚合物纖維的制備方法均使用傳統(tǒng)的熔融紡絲方式進(jìn)行，即，將紡絲原料進(jìn)行熔融處理，計(jì)量后由噴絲板噴出纖維絲束，然后經(jīng)冷卻后纏繞成卷。一方面由于單螺桿擠出機(jī)剪切作用力較弱，且對(duì)熔融聚合物的溫度要求較高，需在高溫熔融條件下操作才能保證聚合物的可紡性；此外較高的溫度也會(huì)造成熔體的交聯(lián)炭化（聚合物在高溫或缺氧條件下發(fā)生深度分解，生成碳質(zhì)殘?jiān)缡⒕Щ驘o(wú)定形碳），額外增加能耗。另一方面即使是選用多螺桿擠出紡絲，其對(duì)原料的熔融性能要求也非常高，在一定程度上限制了生產(chǎn)條件。并且當(dāng)熔體以熔融形態(tài)，經(jīng)由擠出機(jī)通過(guò)噴絲板的過(guò)程中，其在流動(dòng)狀態(tài)下分子鏈取向排列使得初生纖維具有較高取向度，且在噴絲板以下10cm左右距離內(nèi)會(huì)迅速固化，固化后難以再進(jìn)行牽引處理，需要復(fù)雜處理后才能再次使用，工藝難度大大增加。

5、如業(yè)界所知，液晶聚芳酯的分子鏈含有剛性芳環(huán)結(jié)構(gòu)，熔融或溶液狀態(tài)下分子鏈取向度高，但流動(dòng)性差，致使紡絲時(shí)難以均勻拉伸，易在紡絲過(guò)程中形成應(yīng)力集中，從而引發(fā)斷絲；又，液晶聚芳酯纖維通常需要高溫?zé)崽幚?，以提升結(jié)晶度和取向度，如果后處理溫度或張力控制不當(dāng)，那么會(huì)因結(jié)晶不完善而致拉伸強(qiáng)度低，過(guò)度拉伸會(huì)致纖維膜性增大；及，由于獨(dú)特的液晶態(tài)行為、分子結(jié)構(gòu)剛性及高度有序取向，因而導(dǎo)致紡絲工藝相對(duì)復(fù)雜，例如溫度、剪切力、溶劑等等必須控制在極其狹窄的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定紡絲。前述問(wèn)題恰恰是目前業(yè)界普遍關(guān)注并且成了致力探索與完善的因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種工藝參數(shù)可控、纖維性能優(yōu)異的液晶聚芳酯纖維制備方法，該方法能解決液晶聚芳酯纖維在制備過(guò)程中易斷絲、拉伸強(qiáng)度較低、紡絲條件苛刻的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明的任務(wù)是這樣來(lái)完成的，一種液晶聚芳酯纖維的制備方法，包括以下步驟：

3、s1.干燥處理，將高分子量液晶聚芳酯樹脂在真空干燥箱中進(jìn)行旨在去除游離水分子的干燥處理，得到干燥的液晶聚芳酯樹脂；

4、s2.熔融混煉，將由步驟s1得到的干燥的液晶聚芳酯樹脂投入帶有保護(hù)氣體的雙螺桿擠出機(jī)，由雙螺桿擠出機(jī)熔融混煉并以熔體的形式擠出至紡絲箱，控制雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料段與熔融段、熔體壓縮段以及排氣段的溫度，其中，在所述的雙螺桿擠出機(jī)上設(shè)有兩個(gè)相互對(duì)稱的具有用于脫除液晶聚芳酯樹脂中有可能存在的水分和有可能產(chǎn)生的少量低分子物質(zhì)而旨在保障熔體純凈度的負(fù)壓脫氣系統(tǒng)的空氣閥；

5、s3.制備初生絲，由紡絲箱的紡絲組件的結(jié)構(gòu)體系中的噴絲板將由步驟s2擠出至紡絲箱的熔體擠出，自噴絲板的噴絲孔擠出的熔體細(xì)流依次經(jīng)保溫區(qū)和緩冷區(qū)后再經(jīng)上油輥上油，而后由牽伸裝置牽伸，最后由卷繞輥卷取，其中，對(duì)所述噴絲板的噴絲孔孔徑、擠出速度和噴絲的孔數(shù)進(jìn)行控制，對(duì)牽伸的牽伸比進(jìn)行控制，得到初生絲；

6、s4.制備成品，將由步驟s3得到的初生絲在惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行熱處理并且將熱處理的溫度控制在低于聚芳酯樹脂熔點(diǎn)溫度范圍，得到液晶聚芳酯纖維。

7、在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s1中所述的液晶聚芳酯樹脂是由以下對(duì)羥基苯甲酸、聯(lián)苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、6-羥基-2-萘甲酸、2,6-萘二酚、對(duì)苯二酚以及間苯二酚中的兩種或以上混煉聚合而成的。

8、在本發(fā)明的另一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s1中所述的高分子量液晶聚芳酯樹脂的高分子量標(biāo)準(zhǔn)為：mn大于2×104g/mol；所述真空干燥箱的真空度為5-100pa，所述干燥的溫度為110-180℃并且在該110-180℃下恒溫3-8h；所述干燥是指干燥至樹脂的含水率低于10ppm。

9、在本發(fā)明的又一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s2中所述的保護(hù)氣體為氮?dú)?；所述的控制雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料段與熔融段的溫度是將進(jìn)料段與熔融段的溫度均控制為260-350℃，將熔體壓縮段的溫度控制為280-320℃以及將排氣段的溫度控制為300-325℃，所述雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為20-200rpm。

10、在本發(fā)明的再一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s3中所述的保溫區(qū)設(shè)置有旨在延長(zhǎng)熔體處于黏流狀態(tài)的時(shí)間的保溫套，保溫套的溫度為300-320℃，并且保溫套的長(zhǎng)度為15-20cm；所述緩冷區(qū)的溫度為260-285℃。

11、在本發(fā)明的還有一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s3中所述的紡絲組件的溫度為280-340℃。

12、在本發(fā)明的更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s3中所述的對(duì)噴絲板的噴絲孔孔徑、擠出速度和噴絲孔的孔數(shù)進(jìn)行控制是將噴絲板的噴絲孔孔徑控制為0.07-0.2mm、將擠出速度控制為12-100m/min以及將噴絲孔的孔數(shù)控制為5-300孔。

13、在本發(fā)明的進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s3中所述的由牽伸裝置牽伸時(shí)的噴絲頭牽伸比為8-160倍；所述卷繞輥卷取的速度為800-2000rpm。

14、在本發(fā)明的又更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s4中所述熱處理的溫度為250-300℃，熱處理時(shí)間為10-40h。

15、在本發(fā)明的又進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，步驟s4中所述液晶聚芳酯纖維的斷裂強(qiáng)度為大于25g/d、拉伸模量大于750g/d、介電常數(shù)小于2.6、介電損耗小于0.00115以及吸水率小于0.1%。

16、本發(fā)明提供的技術(shù)方案的技術(shù)效果之一，由于采用了配置有負(fù)壓脫氣系統(tǒng)的雙螺桿擠出機(jī)對(duì)液晶聚芳酯樹脂進(jìn)行熔融處理，并且充分利用了液晶聚芳酯具有高度取向性的特點(diǎn)，對(duì)紡絲過(guò)程中的操作以及對(duì)后續(xù)熱處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，將液晶聚芳酯初生絲再經(jīng)熱處理后使得到的液晶聚芳酯纖維具有極高的力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度大于25g/d，拉伸模量大于750g/d，介電常數(shù)小于2.6，介電損耗小于0.00115以及吸水率較低，僅小于0.1%，能避免制備過(guò)程中的易斷絲拉伸強(qiáng)度低的問(wèn)題，使產(chǎn)品適用于高頻高速5g線纜材料及5g高速通訊線纜材料等；之二，通過(guò)對(duì)紡絲過(guò)程保溫區(qū)的處理，極大地改善了因環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低出現(xiàn)的絲束粘連、快速纖維固化等不利于絲束卷繞的情況，且生產(chǎn)設(shè)備集成度高，為熱處理階段的實(shí)施提供了便利，解決了紡絲過(guò)程步驟繁瑣、條件苛刻的情況，最終得到的纖維絲束纖度均勻、強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定，制備過(guò)程中沒有影響工藝的苛刻瓶頸因素，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。