專利名稱：一種高效制備聚酰亞胺纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚酰亞胺纖維制造的制備方法，其特點在于，將聚酰胺酸紡絲漿液通過高溫紡絲甬道直接制得聚酰亞胺纖維，經(jīng)熱拉伸后制得聚酰亞胺纖維。
背景技術(shù)：
聚酰亞胺纖維是一種高性能纖維，具有高強度、高模量、耐高溫、耐燃、耐輻射、耐化學腐蝕等許多優(yōu)越的性能。聚酰亞胺纖維的制備方法有多種一是一步法技術(shù)路線首先合成聚酰亞胺溶液，作為原料直接紡絲，經(jīng)熱拉伸后得到聚酰亞胺纖維，該方法紡絲工藝較為簡單，但溶劑的選擇較為困難，往往具有較高的毒性，因此對聚酰亞胺的種類限制很大，國家發(fā)明專利ZL 02112048. X，美國專利US 4370290和US 5378420都公開了采用一步法制備聚酰亞胺纖維方法。另一種是兩步法技術(shù)路線首先是合成聚酰胺酸溶液，以此為紡絲漿液制備聚酰胺酸纖維，之后通過環(huán)化反應使聚酰胺酸纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺防w維，再經(jīng)熱拉伸得到有一定強度的聚酰亞胺纖維。在兩步法制備聚酰亞胺纖維的技術(shù)路線中，可以采用濕法或干濕法紡絲方法，如國家發(fā)明專利CN 1821457A、日本公開特許公報JP 3287815、JP 4018115均采用該法濕紡或干濕紡技術(shù)路線制備聚酰亞胺纖維。但這種制備方法得到的聚酰胺酸纖維不穩(wěn)定，很難制得高強度的纖維。為方便環(huán)化反應，中國專利中國專利200910029601. 4和文獻Polymer，2001，vol42，pgl0087公開了將化學環(huán)化劑加入到紡絲溶液中，采用濕紡或干濕法制備聚酰亞胺纖維。但濕紡和干濕紡路線紡絲過程中溶劑和凝固劑的分離回收成本相對較高。干法紡絲技術(shù)路線是制備聚酰亞胺纖維另一方法，如國家發(fā)明專利 200610116652. 7、美國專利USP 3415782, USP 4640972均公開了這種方法，首先聚酰胺酸溶液通過噴絲孔進入高溫甬道，溶劑在高溫下?lián)]發(fā)，形成聚酰胺酸纖維(前驅(qū)體纖維)，卷繞成形；之后，前驅(qū)體纖維經(jīng)過加熱或化學環(huán)化得到聚酰亞胺纖維，最后經(jīng)拉伸工序得到高性能纖維。已經(jīng)公開的聚酰亞胺纖維干法紡絲路線相對復雜，尤其是前驅(qū)體纖維的熱環(huán)化或化學環(huán)化所需的時間長，能耗大，生產(chǎn)效率低，導致纖維的生產(chǎn)成本增加；而且聚酰胺酸對水和溫度較為敏感，在中間的存儲及脫泡等工藝過程中，易出現(xiàn)降解行為，影響纖維的性能。本發(fā)明的特點在于克服了這一問題，在聚合物溶液中加入合適的環(huán)化劑，當聚酰胺酸溶液細流在高溫紡絲甬道中通過時，聚合物溶液變成固體纖維的同時，在高溫和環(huán)化劑的共同作用下，前驅(qū)體纖維快速轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺?，從而直接得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的聚酰亞胺纖維，減少了環(huán)化過程，這樣有利于纖維的后拉伸，能夠得到力學性能優(yōu)越的纖維。同時，由于先期進行了部分化學環(huán)化反應，紡絲原液的穩(wěn)定性提高，而且通過提高干法紡絲溫度，環(huán)化反應步驟在紡絲成形過程中完成，減少了后續(xù)的單獨環(huán)化工序和設備，大大提高了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
3
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高效制備聚酰亞胺纖維的方法，以彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足或缺陷，滿足生產(chǎn)和生活的需要。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高效制備聚酰亞胺高性能纖維的方法，包括以下(1)、⑵和，或者⑴ ⑷步驟二種方法(1)紡絲所使用的前驅(qū)體聚酰胺酸溶液的制備由摩爾比為0. 95 1. 05的二酐和二胺單體在0-30°C聚合5 10小時制得前驅(qū)體聚酰胺酸溶液作為紡絲漿液，使用的溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、或N-甲基吡咯烷酮，聚酰胺酸溶液的濃度為 15-30wt%，優(yōu)選地濃度為20-25wt% ；(2)環(huán)化化學劑的加入將環(huán)化劑加入到步驟(1)制備的聚酰胺酸溶液中，并在 0-30°C的溫度下攪拌均勻。環(huán)化劑包括醋酸酐、吡啶、或三乙胺，環(huán)化劑添加量相對于二胺的摩爾比為0-1. 1。優(yōu)選地環(huán)化劑和二胺的摩爾比為0. 3-0. 9。(3)纖維在高溫甬道中的干法紡絲成形步驟( 制備的聚酰胺酸溶液在真空中脫泡，聚酰胺酸溶液通過紡絲組件進入紡絲甬道，聚酰胺酸溶液在高溫甬道中通過溶劑的揮發(fā)形成聚酰胺酸纖維，同時環(huán)化為聚酰亞胺纖維，在甬道下卷繞成形；紡絲甬道的溫度為 200 320°C，長度8 12米；(4)聚酰亞胺纖維的熱拉伸溫度在370 550°C，拉伸倍數(shù)為2 8倍。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所使用的二酐的結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1. 一種制備聚酰亞胺纖維的方法，其特征在于通過(1)、(幻和，或者(1) (4)步驟(1)紡絲所使用的前驅(qū)體聚酰胺酸溶液的制備由摩爾比為1 0. 95 1. 05的二酐和二胺單體在0-30°C和極性有機溶劑中聚合5 10小時制得前驅(qū)體聚酰胺酸溶液作為紡絲漿液，聚酰胺酸溶液的濃度為15-30wt% ；(2)將環(huán)化劑加入到步驟(1)制備的聚酰胺酸溶液中，并在0-30°C的溫度下攪拌均勻； 所述的環(huán)化劑為醋酸酐、吡啶或三乙胺，環(huán)化劑的添加量相對于二胺的摩爾比為0-1. 1 ；(3)纖維在高溫甬道中的干法紡絲成形步驟( 制備的聚酰胺酸溶液在真空中脫泡， 聚酰胺酸溶液通過紡絲組件進入紡絲甬道，聚酰胺酸溶液在高溫甬道中通過溶劑的揮發(fā)形成聚酰胺酸纖維，同時環(huán)化為聚酰亞胺纖維，在甬道下卷繞成形；紡絲甬道的溫度為200 320°C，長度8 12米；(4)聚酰亞胺纖維的熱拉伸溫度在370 550°C，拉伸倍數(shù)為2 8倍； 其中，所述的二酐具有如下的結(jié)構(gòu)式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中所述的極性有機溶劑為溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜或N-甲基吡咯烷酮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中所述的聚酰胺酸溶液的濃度為為20-25wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中所述的環(huán)化劑和二胺的摩爾比為0. 3-0.9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效制備聚酰亞胺高性能纖維的方法，系采用干法紡絲設備，直接制備聚酰亞胺纖維，包括以下步驟(1)紡絲所使用的前驅(qū)體紡絲溶液是由二酐和二胺單體縮聚而成，并加入或不加入化學環(huán)化劑；(2)在高溫下的纖維干法紡絲成形(3)聚酰亞胺纖維的熱拉伸。本發(fā)明制備的聚酰亞胺纖維不僅在性能顯示耐高溫、耐腐蝕、良好的機械性能等，而且在生產(chǎn)效率上得到了大幅提高，省略了環(huán)化反應加工工序，本發(fā)明制備的聚酰亞胺纖維可廣泛應用于復合材料增強纖維，電纜的增強芯，車船的纜繩，高溫或放射性物質(zhì)的過濾材質(zhì)等。
文檔編號D01F6/74GK102220652SQ20101014633
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者夏清明, 張清華, 徐圓, 陳大俊 申請人:東華大學