制备热致变液晶聚合物及其组合物的高旦长丝的方法技术

一种制备热致变液晶聚合物的高旦初生和热处理长丝的方法。优选实施方式包括制备少数全芳族聚酯和聚酯酰胺的初生单丝和热处理单丝的方法，包括（ａ）将热致变液晶聚合物加热到熔融转变温度之上；（ｂ）将所述熔融聚合物通过安装有长径比大于１小于１５的挤出毛细管的挤出室形成长丝；和（ｃ）以至少为４的拉伸比卷绕长丝。如此形成的长丝至少为５０旦每单丝并以截面基本均一分子取向为特征。该长丝可分段进行热处理形成具有优异拉伸性能的长丝。初生长丝和热处理长丝都具有常规低旦长丝所期望性能的至少８０％－９０％。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备热致变液晶聚合物长丝的方法。本专利技术尤其提供了制备多种热致变液晶全芳族聚酯和聚酯酰胺的初生和热处理高旦长丝的方法。本专利技术还涉及热致变液晶聚酯和聚酯酰胺的初生和热处理高旦长丝。热致变液晶聚合物(LCP)是一种重要的聚合物种类，通常是含有包括酯键和/或酯酰胺键的多种杂原子键的全芳族分子。当加热到足够高的温度，LCP熔融形成液晶熔融相(经常叫做“各向异性相”)而不是各向同性熔融相。通常，LCP由线性分子(“刚性棒”)组成，这些线性分子排列起来形成所需的液晶序列。因此，LCP以低的熔融粘度为特征，因而提高了性能和加工性能。由于LCP取向形成“刚性棒”线性分子，因此显示出极高的力学性能。因此，现有技术中业已公知，LCP可以加工成成型制品例如膜、棒、管、纤维和多种其他模制品。另外，现有技术中也公知，LCP，特别是纤维态的LCP，热处理工艺后显示出极高的力学性能。然而，现有技术中所有已知方法都仅仅公开了在初生态和热处理态显示出高的力学性能的低旦纤维(如大约10旦每单丝(dpf))的制备。因此，本专利技术的目的之一是提供一种制备均一取向高旦LCP长丝的方法。高旦长丝是指高于50dpf的长丝。本专利技术的另一个目的是提供一种制备高于50dpf的高旦LCP长丝的方法，该长丝在初生态和热处理态显示出增强了的力学性能、热性能和耐化学性。本专利技术的又一个目的是提供一种制备高旦LCP长丝的方法，该长丝在初生态和热处理态显示出与低旦LCP长丝(即小于10dpf的长丝)可比的性能。本专利技术的又一个目的是提供一种具有可比于低于10dpf的低旦LCP长丝性能的高于50dpf的高旦LCP长丝。本专利技术最后一个目的是提供一种直接在筒子上热处理本专利技术高旦长丝的经济高效、工业规模的方法，以此制备具有极高力学性能和物理性能的高旦长丝。形成在初生态和热处理态具有提高了的力学性能、热性能和耐化学性能的均一取向高旦LCP长丝是非常需要的。例如，高旦LCP长丝可以代替钢带轮胎中的钢丝。并且，由于同钢丝相比，LCP长丝具有显著低的密度，因此LCP长丝同钢丝具有的性能相比希望具有更优异的性能。现有技术进一步表明，确实需要具有提高了力学性能、热性能和耐化学性能的高旦LCP长丝。公开下述参考文献作为
技术介绍
。US4,183,895公开了一种处理各向异性熔体形成的聚合物制品的方法。一种热处理的方法制备了提高了力学性能的纤维，并且该纤维强度增加了至少50％，达到至少10克每旦。US4,468,364公开了一种挤出热致变液晶聚合物(LCP)的方法。该专利请求保护了从L/D比小于2(优选为0)的喷丝孔中挤出LCP，并且拉伸比小于4(优选1)，得到以高力学性能为特征的长丝。US4,910,057公开了一种截面构型基本均一的高度拉伸构件，它能够改善用作光缆加强载体的性能。US5,246,776公开了芳族聚酰胺单丝及其制备方法。US5,427,165公开了一种由至少一部分液晶有机聚合物的连续单丝形成的增强组件。其中所用的聚合物主要是芳族聚酰胺。日本公开说明书4-333616公开了由熔融液晶聚合物制备50-2000dpf长丝的方法。这些长丝热处理的力学性能显著低于报导的相应5-10dpf低旦长丝的性能。《流变学杂志》，1992年，36卷(p1057-1078)报导了对使用不同长径比的毛细喷丝孔的热致变液晶聚酯的流变学和取向行为的研究。《聚合物应用科学杂志》，1995年，55卷(p1489-1493)报导了热致变液晶聚酯挤出棒中的取向分布。随着表观剪切速率从166s-1增加到270s-1，取向作用增加，然而随着表观剪切速率从566s-1增加到780s-1，取向作用降低。本文中公开的所有参考文献都引用在此以全文作参考。现在已意外地和令人惊讶地发现，可以制备至少50旦每单丝的初生和热处理高旦长丝，它具有截面上基本均一分子取向的特征。并且，这些高旦长丝具有极高拉伸性能的特征，具有常规低旦长丝(5-10dpf)期望性能的至少80％-90％，高旦长丝的这些性能是上面简述的任何现有技术所无法达到的。因此，本专利技术提供了一种制备具有下述性能的热致变液晶聚合物的初生长丝的方法(i)至少大约50旦每单丝的旦数；(ii)至少大约8克每旦的强度；(iii)至少大约450克每旦的模量；和(iv)至少大约2％的伸长。本专利技术的方法由下述步骤组成(a)将热致变液晶聚合物加热到熔融转变温度之上至少大约15℃的温度形成所述热致变聚合物的液流；(b)所述液流通过加热的安装有适当圆柱喷丝孔的挤出室形成所述聚合物的长丝，并且所述圆柱喷丝孔的长径比(L/D)大于大约1且小于大约15；和(c)以至少大约200米/分的卷绕速度和至少大约4的拉伸比(DD)卷绕所述长丝，并且当L/D为0-2，DD至少为4为附带条件，形成截面基本均一分子取向和旦数至少为大约50旦每单丝的长丝。本专利技术的另一方面是提供一种制备具有下述性能的热致变液晶聚合物的热处理长丝的方法(i)至少大约50旦每单丝的旦数；(ii)至少大约20克每旦的强度；(iii)至少大约600克每旦的模量；和(iv)至少大约3％的伸长。因此，根据本专利技术的这一点，该方法是由下述步骤组成(a)将热致变液晶聚合物加热到熔融转变温度之上大约15℃-大约50℃的温度形成所述聚合物的液流；(b)挤出所述聚合物液流通过加热的至少有一个挤出毛细管的圆柱喷丝板形成所述长丝，其中所述毛细管的长径比(L/D)为大约1-大约10；和(c)以至少大约200米/分的卷绕速度和大约5-大约40的拉伸比(DD)卷绕所述长丝，形成截面基本均一分子取向和旦数为大约50-大约1000旦每单丝的长丝；和(d)在适当温度和压力条件下热处理所述长丝足够长的时间，视具体情况而定可以在惰性气氛中，形成热处理长丝。本专利技术的另一方面是提供热致变液晶聚合物的初生长丝。本专利技术的又一方面是提供热致变液晶聚合物的热处理长丝。本专利技术的另一方面还提供了一种直接在纺丝时长丝卷绕的筒子上热处理本专利技术高旦长丝的方法。本专利技术其他的方面和优点在下面优选实施方式的详细描述中进一步描述。本专利技术可以使用的芳族-脂肪族聚酯和聚酯酰胺的实例可以包括具有下述结构的聚酯和聚酯酰胺。I是 II是 III是 IV是 V是 VI是 和VII是 本专利技术提供了一种制备具有下述性能的热致变液晶聚合物的长丝的方法(i)至少大约50旦每单丝的旦数；(ii)至少大约8克每旦的强度；(iii)至少大约450克每旦的模量；和(iv)至少大约2％的伸长。本专利技术的方法由下述步骤组成(a)将热致变液晶聚合物加热到熔融转变温度之上至少大约15℃的温度形成所述热致变聚合物的液流；(b)所述液流通过加热的安装有适当圆柱喷丝孔的挤出室形成所述聚合物的长丝，并且所述圆柱喷丝孔的长径比(L/D)大于大约1且小于大约15；和(c)以至少大约200米/分的卷绕速度和至少大约4的拉伸比(DD)卷绕所述长丝，并且当L/D为0-2，DD至少为4为附带条件，形成截面基本均一分子取向和旦数至少为大约50旦每单丝的长丝。如上所述，现有技术公开了多种制备热致变聚合物长丝，包括高旦长丝的方法。一种制备高旦长丝的方法的具体实例公开在US4,468,364中，该专利引用在本文中以全文作参考。在该专利中，热致变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有下述性能的热致变液晶聚合物初生长丝的方法：（ｉ）至少大约５０旦每单丝的旦数；（ｉｉ）至少大约８克每旦的强度；（ｉｉｉ）至少大约４５０克每旦的模量；和（ｉｖ）至少大约２％的伸长；所述方法包括下述步骤：（ａ） 将热致变液晶聚合物加热到熔融转变温度之上至少大约１５℃的温度形成所述热致变聚合物的液流；（ｂ）所述液流通过加热的安装有适当圆柱喷丝孔的挤出室形成所述聚合物的长丝，其中所述圆柱喷丝孔的长径比（Ｌ／Ｄ）大于大约１且小于大约１５；和（ｃ） 以至少大约２００米／分的卷绕速度和至少大约４的拉伸比（ＤＤ）卷绕所述长丝，并以Ｌ／Ｄ为０－２，ＤＤ至少为４作前提条件，形成截面基本均一分子取向和旦数至少大约５０旦每单丝的长丝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA夫林特，MJ加菲，MI海德，JJ迪巴斯，JE克尼塔，
申请(专利权)人：塞拉尼斯阿希德特LLC公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]