專利名稱:一種聚酰亞胺纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及纖維技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種聚酰亞胺纖維及其制備方法。
技術(shù)背景
聚酰亞胺纖維是一種新型特種纖維,指分子鏈中含有芳酰亞胺的纖維。聚酰亞胺 纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、阻燃、防輻射、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn),在原子能工業(yè)、空間環(huán) 境、航空航天、國(guó)防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開(kāi)發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè) 以及防護(hù)用具等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
現(xiàn)有的聚酰亞胺纖維的制備方法包括一步法和兩步法兩種,一步法是指采用聚酰 亞胺溶液直接進(jìn)行紡絲制備聚酰亞胺纖維,這種方法紡制的原絲無(wú)需再進(jìn)行酰胺化,工藝 流程短,得到的聚酰亞胺纖維力學(xué)性能高,但是這種方法要求聚酰亞胺聚合物具有可溶性, 且所使用的溶劑一般為毒性較大的對(duì)氯苯酚等酚類溶劑,導(dǎo)致其制備成本非常高,不利于 工業(yè)化應(yīng)用,也降低了聚酰亞胺纖維的耐熱性能和耐溶劑性能。兩步法是先將二胺和二酐 進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成聚酰胺酸原液,然后進(jìn)行紡絲,再將原絲進(jìn)行亞胺化處理最后得到聚酰 亞胺纖維,這種方法由于成本低廉,適于工業(yè)化開(kāi)發(fā)而獲得了廣泛的應(yīng)用。
在采用兩步法制備聚酰亞胺纖維時(shí),通常采用原料成本相對(duì)較低的4,4' -二 氨基二苯醚(ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)為原料,如kung Koo Park等開(kāi)發(fā)的 PMDA-ODA型聚酰亞胺纖維,其拉伸強(qiáng)度為0. 40GPa,初始模量為5. 2GPa(Park S. k,F(xiàn)arries R. J. Polymer, 2001,42,10087)。美國(guó)專利文獻(xiàn) US5023034 公開(kāi)了一種 PMDA-ODA 型聚酰亞 胺纖維,其拉伸強(qiáng)度為0. 21GPa,初始模量為3. 5GPa。由此可見(jiàn),以O(shè)DA和PMDA為原料制備 的聚酰亞胺纖維雖然成本較低,但是力學(xué)性能也較差?,F(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)在聚酰亞胺分子 鏈中引入其他結(jié)構(gòu)來(lái)提高聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能,如申請(qǐng)?zhí)枮?00810051095.4的中國(guó) 專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種以0DA、PMDA和3,4'-聯(lián)苯二酐為原料制備的聚酰亞胺纖維,由于引 入了聯(lián)苯結(jié)構(gòu),其纖維斷裂強(qiáng)度為1.3GPa,模量為20. 6GPa ;同時(shí)公開(kāi)了一種以對(duì)苯二胺、 2,2' -二(三氟甲基)-4,4'-聯(lián)苯二胺和PMDA為原料制備的聚酰亞胺纖維,其纖維斷裂 強(qiáng)度為0. 6GPa,模量為14. BGPa0雖然上述聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能有所提高,但是其力學(xué) 性能仍不夠高。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種聚酰亞胺纖維及其制備方 法,本發(fā)明提供的聚酰亞胺纖維具有良好的力學(xué)性能,尤其具有較高的強(qiáng)度。
本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺纖維,包含具有式(I)結(jié)構(gòu)的聚合物
權(quán)利要求
1. 一種聚酰亞胺纖維,包含具有式(I)結(jié)構(gòu)的聚合物
2.權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺纖維的制備方法,包括以下步驟將對(duì)苯二胺、4,4' -二氨基二苯醚和3,3' ,4,4'-聯(lián)苯四酸二酐在有機(jī)溶劑中混 合,進(jìn)行縮聚反應(yīng)后得到聚酰胺酸紡絲原液,所述對(duì)苯二胺的摩爾數(shù)與所述對(duì)苯二胺和4, 4' - 二氨基二苯醚的總摩爾數(shù)的比例為0. 8 0. 95 ;將所述聚酰胺酸紡絲原液進(jìn)行紡絲,得到聚酰胺酸原絲;將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行酰亞胺化處理,得到聚酰亞胺初生纖維;對(duì)所述聚酰亞胺初生纖維進(jìn)行熱牽伸處理,得到聚酰亞胺纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,所述對(duì)苯二胺和4,4'-二氨基二苯 醚的總摩爾數(shù)與所述3,3' ,4,4'-聯(lián)苯四酸二酐的摩爾數(shù)的比例為1 0.95 1.05。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,所述有機(jī)溶劑為N,N’-二甲基甲酰 胺、N,N’ - 二甲基乙酰胺、二甲基亞砜和N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,所述縮聚反應(yīng)的溫度為-10°C 500C ;所述縮聚反應(yīng)的時(shí)間為池 10h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,所述聚酰胺酸紡絲原液中,所述聚酰 胺酸的質(zhì)量濃度為5% 30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,將所述聚酰胺酸紡絲原液進(jìn)行紡絲 具體包括以下步驟將所述聚酰胺酸紡絲原液過(guò)濾、真空脫泡后,通過(guò)噴絲孔擠出;將通過(guò)噴絲孔擠出得到的擠出物經(jīng)空氣層進(jìn)入凝固浴凝固,再經(jīng)過(guò)洗滌、干燥后,得到 聚酰胺酸原絲。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于,將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行酰亞胺化 處理具體包括以下步驟以氮?dú)鉃閬啺坊h(huán)境,將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行升溫?zé)崽幚怼?br>
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法,其特征在于,所述熱處理溫度為50°C 400°C;所 述升溫的速度為l°c /min 10°C /min。
10.根據(jù)權(quán)利要求2 9任意一項(xiàng)所述的制備方法,其特征在于,所述熱牽伸的牽伸溫度為350°C 550°C,所述熱牽伸的牽伸倍率為2 4倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺纖維,包含具有式(I)結(jié)構(gòu)的聚合物其中,m為具有式(II)結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元在所述聚合物結(jié)構(gòu)中的比例,0.8≤m≤0.95。本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的聚酰亞胺纖維的制備方法,包括以下步驟將對(duì)苯二胺、4,4′-二氨基二苯醚和3,3′,4,4′-聯(lián)苯四酸二酐在有機(jī)溶劑中混合,進(jìn)行縮聚反應(yīng)后得到聚酰胺酸紡絲原液,所述對(duì)苯二胺的摩爾數(shù)與所述對(duì)苯二胺和4,4′-二氨基二苯醚的總摩爾數(shù)的比例為0.8~0.95;將所述聚酰胺酸紡絲原液進(jìn)行紡絲,得到聚酰胺酸原絲;將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行酰亞胺化處理,得到聚酰亞胺初生纖維;對(duì)所述聚酰亞胺初生纖維進(jìn)行熱牽伸處理,得到聚酰亞胺纖維。
文檔編號(hào)D01D5/14GK102041577SQ20101057226
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者丁孟賢, 李國(guó)民, 邱雪鵬, 高連勛, 黃森彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所