本發(fā)明屬于高性能化纖，涉及一種高性能熱致液晶聚合物纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、熱致液晶聚芳酯纖維因其卓越的力學(xué)性能和耐熱特性，在高性能纖維市場(chǎng)中占據(jù)了重要地位。這種纖維不僅在汽車(chē)、繩纜、吊索等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而且在降落傘領(lǐng)域，尤其是航天器回收系統(tǒng)的降落傘中，也展現(xiàn)出了其獨(dú)特的價(jià)值。

2、為了提升熱致液晶聚芳酯纖維的耐磨性，研究人員采取了多種化學(xué)改性策略。首先，通過(guò)調(diào)整單體配比和催化劑的使用，可以?xún)?yōu)化纖維的分子結(jié)構(gòu)，從而提高其耐磨性能。例如，通過(guò)增加5-氨基吲哚-2-羧酸的摩爾百分比，可以有效地增強(qiáng)纖維的耐磨性。此外，固相縮聚反應(yīng)的優(yōu)化也是提升纖維耐磨性的重要手段，通過(guò)在惰性氣體氛圍下進(jìn)行反應(yīng)，可以制得具有更高強(qiáng)度和模量的纖維產(chǎn)品。

3、表面改性技術(shù)的應(yīng)用，如等離子體處理和硅烷偶聯(lián)劑處理，也是提升纖維耐磨性的有效方法。這些技術(shù)能夠在纖維表面引入活性基團(tuán)，增強(qiáng)纖維與基體的粘附性，從而提高耐磨性。同時(shí)，無(wú)機(jī)填料的添加，如玻璃纖維、氮化硼纖維等，也能顯著提高纖維的耐磨性能。

4、熱處理是另一個(gè)提升纖維耐磨性的關(guān)鍵步驟。通過(guò)在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行松弛熱定型，可以提高纖維的結(jié)晶度和力學(xué)性能，進(jìn)而增強(qiáng)耐磨性。此外，紫外輻照接枝改性技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)在纖維表面引入丙烯酸等活性基團(tuán)，也能有效地提升纖維的耐磨性能。

5、在降落傘領(lǐng)域，熱致液晶聚芳酯纖維的耐磨性尤為重要。航天器回收系統(tǒng)的降落傘需要承受極端的力學(xué)負(fù)荷和環(huán)境條件，因此對(duì)材料的耐磨性和強(qiáng)度有著極高的要求。通過(guò)上述化學(xué)改性方法，熱致液晶聚芳酯纖維的性能得到了顯著提升，使其能夠在降落傘等關(guān)鍵應(yīng)用中發(fā)揮重要作用(中國(guó)專(zhuān)利cn?111038707?b)。

6、綜上所述，通過(guò)化學(xué)改性，熱致液晶聚芳酯纖維的耐磨性得到了有效的提升，這不僅增強(qiáng)了其在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，也為其在航天器回收系統(tǒng)等高端應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，熱致液晶聚芳酯纖維的性能將得到進(jìn)一步的優(yōu)化，其應(yīng)用范圍也將不斷拓展。

7、另一方面，聚乙烯材料具有優(yōu)異的耐磨性，特別是超高分子量聚乙烯(uhmwpe)及其纖維以其卓越的耐磨性、抗沖擊性、低摩擦系數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性而聞名，在多個(gè)行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。uhmwpe纖維的比強(qiáng)度是鋼材的15倍，具有超高強(qiáng)度、超高模量、低密度以及優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，這使得它在防彈、防刺安全防護(hù)材料以及高性能輕質(zhì)復(fù)合材料等領(lǐng)域非常理想。在耐磨性方面，uhmwpe纖維表現(xiàn)出色，其耐磨性?xún)?yōu)于許多其他材料，包括pom(聚縮醛)、含氟樹(shù)脂和pa66尼龍。這種材料的耐磨性使其在高磨損的應(yīng)用中非常適用，如管道、襯套、豎井、容器等。uhmwpe的耐磨性隨著分子量的增加而提高，這使得它在要求高耐磨性的應(yīng)用中可以替代金屬，同時(shí)還具有輕量化的優(yōu)勢(shì)。

8、但是超高分子量聚乙烯由于分子量在100萬(wàn)以上，往往采用溶液加工方式，過(guò)程復(fù)雜且使用有機(jī)溶劑成本高。而常規(guī)分子量聚乙烯可以通過(guò)熔融加工的方式進(jìn)行加工，成本更低且綠色環(huán)保，可以作為熱致液晶聚芳酯纖維的包覆層。所以將熱致液晶聚芳酯纖維和聚乙烯通過(guò)熔融包覆的方式相結(jié)合是提升熱致液晶聚芳酯纖維的耐磨性的一個(gè)有效途徑。但是兩者復(fù)合過(guò)程中也存在諸多的難點(diǎn)，例如聚乙烯與熱致液晶聚芳酯兩種材料之間的界面粘結(jié)性差等問(wèn)題，這都需要有針對(duì)性的進(jìn)行改進(jìn)和提出新的工藝方案。

9、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)不能同時(shí)滿(mǎn)足人們對(duì)熱致液晶聚芳酯纖維高強(qiáng)高模和耐磨性的要求，因此有必要開(kāi)發(fā)高強(qiáng)高模兼具耐磨性的熱致液晶聚芳酯纖維，以滿(mǎn)足下游應(yīng)用市場(chǎng)需求；并且非常有必要在開(kāi)發(fā)過(guò)程中研發(fā)將聚乙烯材料與熱致液晶聚芳酯材料充分結(jié)合起來(lái)新方法和新工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了打破現(xiàn)有技術(shù)方案的瓶頸，提供一種熔融紡聚乙烯熔體包覆熱致液晶聚芳酯纖維的復(fù)合絲制備及其應(yīng)用，本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明提供的一種熔融紡聚乙烯熔體包覆熱致液晶聚芳酯纖維的復(fù)合絲，具有復(fù)合結(jié)構(gòu)(纖維截面結(jié)構(gòu)如圖1所示)，主要成分為熱致液晶聚芳酯和改性聚乙烯。在該復(fù)合結(jié)構(gòu)中，熱致液晶聚芳酯纖維質(zhì)量占25-95份，改性聚乙烯樹(shù)脂質(zhì)量占5-90份。

3、優(yōu)選地，所述的一種熔融紡聚乙烯熔體包覆熱致液晶聚芳酯纖維的復(fù)合絲，其中所使用的熱致液晶聚芳酯纖維的拉伸強(qiáng)度為20-40cn/dtex，拉伸模量為500-1000cn/dtex，改性聚乙烯樹(shù)脂的重均分子量為2萬(wàn)-60萬(wàn)。

4、本發(fā)明還提供了一種熔融紡聚乙烯熔體包覆熱致液晶聚芳酯纖維的復(fù)合絲的制備方法，具體包括以下步驟：

5、步驟1：以二氧六環(huán)作為溶劑，將(4-甲氧基苯基)(4-(三氟甲基)苯基)甲酮(簡(jiǎn)稱(chēng)為二苯甲酮化合物1)、硫代過(guò)氧化二碳酸([(hs)c(s)]2s2)c,c’-二十八烷基酯(簡(jiǎn)稱(chēng)為二硫化合物2)和丙烯酸苯酯按照一定比例進(jìn)行混合得到改性溶液。在改性溶液中加入聚乙烯樹(shù)脂切片，通入高純氬氣并攪拌一段時(shí)間得到固液混合物。

6、步驟2：使用波長(zhǎng)在253nm的紫外燈照射步驟2的固液混合物一段時(shí)間，照射過(guò)程中繼續(xù)攪拌并持續(xù)通入高純氬氣，并控制固液混合物溫度在一定的范圍。停止紫外燈照射，將經(jīng)過(guò)照射的固液混合物過(guò)濾并用二氯甲烷洗滌，隨后在一定溫度的烘箱中干燥，得到改性聚乙烯樹(shù)脂切片。

7、步驟3：將熱致液晶聚芳酯纖維(包括熱致液晶聚芳酯單絲和熱致液晶聚芳酯復(fù)絲)在一定溫度的空氣中進(jìn)行預(yù)熱，然后將步驟2中的改性聚乙烯樹(shù)脂切片用螺桿擠出機(jī)在一定溫度下，包覆于該熱致液晶聚芳酯纖維表面，然后冷卻，得到熱致液晶聚芳酯復(fù)合絲。

8、優(yōu)選地，步驟1中，(4-甲氧基苯基)(4-(三氟甲基)苯基)甲酮(簡(jiǎn)稱(chēng)為二苯甲酮化合物1)、硫代過(guò)氧化二碳酸([(hs)c(s)]2s2)c,c’-二十八烷基酯(簡(jiǎn)稱(chēng)為二硫化合物2)的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖2所示，二苯甲酮化合物1、二硫化合物2和丙烯酸苯酯的摩爾比1：1：(100-300)；步驟1中的聚乙烯樹(shù)脂切片的重均分子量在2萬(wàn)至50萬(wàn)；氬氣的純度大于99.999％；氬氣通入量為10-2000毫升/分鐘；聚乙烯樹(shù)脂切片與丙烯酸苯酯的質(zhì)量比為1：(0.1-50)，攪拌和通氮?dú)鈺r(shí)間相同，為5-60分鐘。

9、優(yōu)選地，步驟2中氬氣通入量為10-2000毫升/分鐘；控制固液混合物溫度在10至60攝氏度范圍，紫外燈照射時(shí)間為3至48小時(shí)。干燥過(guò)程中烘箱溫度為40-80度，干燥時(shí)間為2-10小時(shí)。

10、優(yōu)選地，步驟3中將熱致液晶聚芳酯纖維(包括熱致液晶聚芳酯單絲和熱致液晶聚芳酯復(fù)絲)在100-130攝氏度的空氣中進(jìn)行預(yù)熱。螺桿擠出機(jī)設(shè)定溫度為130-200攝氏度溫度。

11、本發(fā)明所述通過(guò)步驟1至步驟3得到的熱致液晶聚芳酯復(fù)合絲拉伸強(qiáng)度高于20cn/dtex，拉伸模量高于600cn/dtex，摩擦10000次后強(qiáng)度保持率高于80％。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：采用聚乙烯作為包覆材料，熱致液晶聚芳酯纖維作為芯材，通過(guò)熔融包覆的方法得到的復(fù)合絲能夠有效提升耐磨性，同時(shí)保留原有的高的力學(xué)性能；與此同時(shí)，本發(fā)明中還采用改性技術(shù)，在包覆前對(duì)聚乙烯樹(shù)脂進(jìn)行化學(xué)改性，在聚乙烯分子鏈上，利用二苯甲酮化合物、二硫化合物的作用下，形成反應(yīng)位點(diǎn)，引發(fā)丙烯酸苯酯這種單體的聚合，成功接枝聚丙烯酸苯酯。該類(lèi)接枝了聚丙烯酸苯酯分子鏈的聚乙烯樹(shù)脂與熱致液晶聚芳酯纖維的主要成分聚芳酯具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，相比與未改性的聚乙烯樹(shù)脂，本發(fā)明提供的這種方法，能夠有效改善聚乙烯樹(shù)脂與熱致液晶聚芳酯纖維的結(jié)合力，在性能上表現(xiàn)為具有更加優(yōu)異的整體力學(xué)性能，以及耐磨性能，并且該復(fù)合絲具有較低的介電常數(shù)(小于等于2.5)和介電損耗(小于等于0.005)。

13、本發(fā)明的熱致液晶聚芳酯復(fù)合絲，在加工時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)要求，可以在復(fù)合過(guò)程中添加其他各種助劑，如抗氧劑、抗靜電劑、阻燃劑、顏料、玻纖、無(wú)機(jī)粉體等。適合的應(yīng)用領(lǐng)域包括釣魚(yú)線、繩纜、阻攔索、降落傘等多領(lǐng)域。