本发明属于聚酰胺纤维技术领域，具体涉及一种生物基半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。
背景技术：
由于聚酰胺纤维具有强度高，回弹性好、耐磨耐腐蚀等优异的性能，被广泛应用于各种领域。美中不足的是传统的脂肪族聚酰胺纤维(例如PA6、PA66等)耐热性不佳，在150℃时历经5小时即变黄，170℃开始软化，到215℃开始熔化，且耐酸性较差。这就限制了尼龙纤维在高温条件及特殊化学条件下的应用。全芳香族聚酰胺纤维虽然具有高强度高模量且优良的耐高温、抗化学腐蚀特性，但不能熔融纺成，而必须以昂贵的工艺由溶液纺成，不仅加工困难且成本很高。
半芳香族聚酰胺由于在聚酰胺分子链中引入了芳香环，从而提高了耐热性和力学性能，降低了吸水率，具有良好的耐化学腐蚀性。用半芳香族聚酰胺纺制的纤维将具有高耐热性，在高温下蠕变小、收缩率低及很好的机械性能，高柔软性、优异的耐磨性、优异的尺寸稳定性、良好的耐化学性、良好的与橡胶的粘合性。与全芳香族聚酰胺相比，半芳香族聚酰胺加工更容易，且成本大大降低。
关于半芳香族聚酰胺纤维的开发很有限。专利US3941755及US4022756则公开了一种共聚物6TA/6IA，可采用熔融纺丝法制备纤维。该共聚物是由对苯二甲酰己二胺盐(6TA)和间苯二甲酰己二胺盐(6IA)聚合得到。中国专利CN103305962A公开了一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维及制备方法。在现有技术中均未涉及如本发明所示的生物基半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种生物基半芳香族聚酰胺纤维，具有优良的热稳定性和形态稳定性，良好的耐化学腐蚀性及耐磨性。
本发明的另一个目的是提供一种上述生物基半芳香族聚酰胺纤维的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种生物基半芳香族聚酰胺纤维，具有如下重复结构单元：
其中：
4≤n≤12，
40≤聚合度X≤250，40≤聚合度Y≤250。
优选的，n为6～10；聚合度X为70～150，聚合度Y为70～150。
所述生物基半芳香族聚酰胺的断裂强度为≥35cN/tex，断裂伸长率为5～35％，耐高温范围为150～270℃。
所述生物基半芳香族聚酰胺为PA6T/610、PA7T/710、PA8T/810、PA9T/910、PA10T/1010。
所述生物基半芳香族聚酰胺的熔点为280～330℃，优选290～320℃；熔点远低于其分解温度，分解温度高于400℃。
本发明还提供了一种上述生物基半芳香族聚酰胺纤维的制备方法，包括以下步骤：
将生物基半芳香族聚酰胺切片进行干燥处理，熔融纺丝后经侧吹风冷却，进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺纤维。
所述干燥处理的温度为90～120℃，时间为8～48h。
所述熔融纺丝是在纺丝机中进行，优选为双螺杆纺丝机。
所述熔融纺丝的温度为250～350℃，纺丝速度为2000～6000m/min。
所述侧吹风冷却的速度为0.2～0.6m/s，侧吹风温度为20～25℃。
所述牵伸的第一热辊温度为100～150℃，第二热辊温度为120～180℃，牵伸倍数为3～5倍。
所述热定型温度为150～170℃。
另外，为得到具有特殊功能的生物基半芳香族聚酰胺纤维，可根据需要添加阻燃剂、抗菌防臭剂、抗紫外剂、抗静电添加剂等各种添加剂。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明所公开生物基半芳香族聚酰胺纤维，具有强度高、耐高温、优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性及耐磨性等优点，可广泛用于国防军工、工业、民用等领域，尤其适用于各种高温环境及特殊化学环境；是制造工业滤布和造纸毛毡的理想材料，可制备帘子线，应用于轮胎、胶管、运输带、传动带等领域；制作渔网、绳索、安全网、覆盖布及帐篷等，还可用于航天、航空等工业领域。
本发明所公开的生物基半芳香族聚酰胺纤维，其中原料癸二酸和癸二胺是来源于自然界 的一种植物蓖麻，减少了对石化工业的依赖性，属于生物基环保材料。
本发明采用生物基半芳香族酰胺共聚物通过熔融纺丝法制备生物基半芳香族聚酰胺纤维，具有低成本、高产能、无污染、高附加值的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610(由己二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA6T/610切片：聚合度X、Y为150，熔点315-320℃。
将PA6T/610切片在120℃干燥10h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610纤维。其中纺丝温度为340℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区300℃，二区340℃，三区340℃，四区340℃，计量泵温度340℃，管道温度340℃，箱体温度340℃，纺丝速度为6000m/min，侧吹风速度为0.6m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度120℃，第二热辊温度160℃，牵伸倍数为5倍，松弛热定型温度为160℃。纺制的生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610纤维的断裂强度为55cN/tex，断裂伸长率为30％，耐高温范围为150-270℃。
实施例2
生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710(由庚二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA7T/710切片：聚合度X、Y为120，熔点310-315℃。
将PA7T/710切片在120℃干燥10h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710纤维。其中纺丝温度为340℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区300℃，二区340℃，三区340℃，四区340℃，计量泵温度340℃，管道温度340℃，箱体温度340℃，纺丝速度为2000m/min，侧吹风速度为0.6m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度120℃，第二热辊温度160℃，牵伸倍数为3倍，松弛热定型温度为160℃。纺制的生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710纤维的断裂强度为40cN/tex，断裂伸长率为15％，耐高温范围为150-270℃。
实施例3
生物基半芳香族聚酰胺PA810/8T(由辛二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA8T/810切片：聚合度X、Y为95，熔点310-315℃。
将PA8T/810切片在110℃干燥14h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA8T/810纤维。其中纺丝温度为350℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区290℃，二区340℃， 三区340℃，四区340℃，计量泵温度340℃，管道温度340℃，箱体温度340℃，纺丝速度为4000m/min，侧吹风速度为0.5m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度110℃，第二热辊温度150℃，牵伸倍数为4倍，松弛热定型温度为150℃。纺制的生物基半芳香族聚酰胺PA8T/810纤维的断裂强度为50cN/tex，断裂伸长率为20％，耐高温范围为150-270℃。
实施例4
生物基半芳香族聚酰胺PA9T/910(由壬二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA9T/910切片：聚合度X、Y为100，熔点300-310℃。
将PA9T/910切片在100℃干燥20h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA9T/910纤维。其中纺丝温度为330℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区280℃，二区330℃，三区330℃，四区330℃，计量泵温度330℃，管道温度330℃，箱体温度330℃，纺丝速度为3000m/min，侧吹风速度为0.4m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度130℃，第二热辊温度170℃，牵伸倍数为4倍，松弛热定型温度为170℃。纺制的耐高温聚酰胺PA9T/910纤维的断裂强度为45cN/tex，断裂伸长率为15％，耐高温范围为150-270℃。
实施例5
生物基半芳香族聚酰胺PA10T/1010(由癸二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA10T/1010切片：聚合度X、Y为70，熔点290-300℃。
将PA10T/1010切片在90℃干燥30h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维。其中纺丝温度为300℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区250℃，二区320℃，三区320℃，四区320℃，计量泵温度320℃，管道温度320℃，箱体温度320℃，纺丝速度为5000m/min，侧吹风速度为0.25m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度115℃，第二热辊温度155℃，牵伸倍数为5倍，松弛热定型温度为155℃。纺制的耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维的断裂强度为50cN/tex，断裂伸长率为35％，耐高温范围为150-270℃。
实施例6
生物基半芳香族聚酰胺PA10T/1010(由癸二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA10T/1010切片：聚合度X为70，聚合度Y为150，熔点290-300℃。
将PA10T/1010切片在90℃干燥30h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维。其中纺丝温度为300℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区250℃，二区320℃，三区320℃，四区320℃，计量泵温度320℃，管道温度320℃，箱体温度320℃，纺丝速度为5000m/min，侧吹风速度为0.25m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度100℃，第二热辊 温度120℃，牵伸倍数为5倍，松弛热定型温度为155℃。纺制的耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维的断裂强度为50cN/tex，断裂伸长率为35％，耐高温范围为150-270℃。
实施例7
生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610(由己二胺、癸二酸和对苯二甲酸共聚制备)纤维
原料：PA6T/610切片：聚合度X为150，聚合度Y为70，熔点290-300℃。
将PA6T/610切片在90℃干燥30h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维。其中纺丝温度为300℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区250℃，二区320℃，三区320℃，四区320℃，计量泵温度320℃，管道温度320℃，箱体温度320℃，纺丝速度为5000m/min，侧吹风速度为0.25m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度150℃，第二热辊温度180℃，牵伸倍数为5倍，松弛热定型温度为155℃。纺制的耐高温聚酰胺PA10T/1010纤维的断裂强度为50cN/tex，断裂伸长率为5％，耐高温范围为150-270℃。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。