一種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及高性能有機(jī)纖維上漿劑的制備及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
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[0002]聚酰亞胺(PI)纖維是新近崛起的高性能有機(jī)纖維，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐輻射、耐腐蝕、低介電常數(shù)等性能特點(diǎn)，其巨大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景正逐漸被廣大的科研人員所認(rèn)可。這種高強(qiáng)高模Pi纖維既具有碳纖維的高強(qiáng)高模、耐高低溫特性，又具有有機(jī)纖維的質(zhì)輕和韌性，同時(shí)還具有良好的耐紫外輻照性能，使其不僅可以用于制備防彈織物、高比強(qiáng)度繩索、宇航服、消防服等產(chǎn)品，還可作為增強(qiáng)材料制備高性能復(fù)合材料應(yīng)用于先進(jìn)武器裝備以及新型衛(wèi)星、飛船、飛機(jī)等國(guó)防高技術(shù)產(chǎn)品。在環(huán)保產(chǎn)業(yè)，為了減少有害氣體二噁英等的產(chǎn)生和排放，提高焚燒率的焚燒溫度，耐高溫聚酰亞胺纖維是唯一可以用作焚燒爐的除塵濾材，可在250 °C?350 °C下長(zhǎng)期使用。公開(kāi)號(hào)為CN102345177A和CN102560707A以及CN102168317A等專(zhuān)利介紹了一系列聚酰亞胺纖維的制備方法。采用上述方法得到的聚酰亞胺纖維具有光滑的表面形貌，極少的表面缺陷保證了其優(yōu)異的力學(xué)性能。但當(dāng)其作為增強(qiáng)體制備復(fù)合材料的過(guò)程中，光滑的表面結(jié)構(gòu)則在一定程度上影響了其與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性，進(jìn)而影響復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，因?yàn)槌跎w維未經(jīng)任何上漿劑進(jìn)行表面處理，纖維的集束性和耐磨損性能也有待改善。
[0003]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑，通過(guò)向聚酰胺酸中加入弱堿類(lèi)試劑生成水溶性的聚酰胺酸鹽，然后將其沉淀于丙酮等不良溶劑中，再將其按需要的濃度配成聚酰胺酸鹽的水溶液，即為本發(fā)明所述的上漿劑。該產(chǎn)品的主要成分為聚酰胺酸鹽，溶液中含有大量的氨基基團(tuán)(-NH-)和羧酸鹽基團(tuán)(-C00R-)，R代表成鹽的陽(yáng)離子。當(dāng)未完全亞胺化的聚酰亞胺纖維經(jīng)過(guò)該溶液時(shí)，溶液中的活性基團(tuán)能夠與纖維表面的氨基或羧酸基團(tuán)(-C00H)反應(yīng)，繼續(xù)經(jīng)過(guò)高溫亞胺化爐會(huì)發(fā)生縮聚反應(yīng)，接枝在纖維表面的大分子鏈形成連續(xù)包裹纖維的膜層，既增加了纖維的表面粗糙度，提高了其與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性，又能夠通過(guò)大分子鏈段與樹(shù)臘基體的分子鏈段經(jīng)纏繞或反應(yīng)以提高復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，這一由聚酰亞胺大分子鏈構(gòu)成的膜層還可以起到保護(hù)纖維承受載荷的主體結(jié)構(gòu)、有效提高纖維的耐磨損性能和提高纖維之間集束性的作用。
[0004]由于聚酰亞胺纖維為新技術(shù)產(chǎn)品，目前針對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)并配套的上漿劑材料還未有產(chǎn)品出現(xiàn)，本發(fā)明所描述的這種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑及其制備和應(yīng)用方法還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本發(fā)明所提供的產(chǎn)品和技術(shù)，可配合聚酰亞胺纖維生產(chǎn)使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚酰亞胺纖維的表面能、耐磨損性能和集束性等性能的有效改善。該產(chǎn)品經(jīng)固化后的化學(xué)結(jié)構(gòu)與纖維基體同樣均為聚酰亞胺，有效保證纖維在高溫條件下的使用性能，避免了采用其他體系上漿劑在使用時(shí)與纖維基體的耐高溫性能不匹配的問(wèn)題。更為重要的是其水溶性的特點(diǎn)，在使用過(guò)程中沒(méi)有任何污染物產(chǎn)生，充分保證了該產(chǎn)品在使用過(guò)程中的環(huán)境友好性。本發(fā)明是聚酰亞胺纖維生產(chǎn)中所急需的產(chǎn)品和技術(shù)，對(duì)于解決聚酰亞胺纖維生產(chǎn)中的系列問(wèn)題，完善聚酰亞胺纖維生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的制備方法及其應(yīng)用，所述方法制備的上漿劑既可以提高纖維的表面能，改善其與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性和界面結(jié)合強(qiáng)度，還可以提高纖維的耐磨損性能和集束性。同時(shí)，其固化后的化學(xué)結(jié)構(gòu)仍為聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有效保證了纖維在使用中的耐高溫性能，其水溶性的特點(diǎn)使其在應(yīng)用過(guò)程近似于零污染，具有環(huán)境友好型的使用特點(diǎn)。
[0006]一種聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]A:向聚酰胺酸溶液中緩慢加入三乙胺、三乙醇胺或其它弱堿類(lèi)試劑，充分反應(yīng)并形成聚酰胺酸鹽溶液；
[0008]B:將該聚酰胺酸鹽溶液沉淀于不良溶劑中，充分脫除殘余溶劑后得到聚酰胺酸鹽固體；
[0009]C ;將該固體溶解于水中即可得到聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑。
[0010]步驟A中的聚酰胺酸溶液為任意類(lèi)型二酐或多元酐與二胺或多元胺的混縮聚或共縮聚得到的聚酰亞胺前驅(qū)體溶液。
[0011]步驟A中的弱堿類(lèi)試劑的選用原則為:能夠與聚酰胺酸形成水溶性鹽。
[0012]步驟B中的不良溶劑的選用原則為:與聚酰胺酸所用溶劑具有良好相容性，不溶解聚酰胺酸鹽，且具有較好的揮發(fā)性，有利于聚酰胺酸鹽的干燥和殘余溶劑脫除。
[0013]步驟C中聚酰胺酸鹽溶于水中的濃度為任意濃度。
[0014]所述上漿劑在聚酰亞胺纖維中的應(yīng)用，將浸漬該上漿劑的聚酰亞胺纖維經(jīng)高溫?zé)釥t脫水、亞胺化步驟完成纖維上漿。
[0015]所述應(yīng)用的反應(yīng)機(jī)理為:聚酰亞胺纖維為未完全亞胺化的纖維，其表面仍保留有部分聚酰胺酸單元，經(jīng)與上漿劑中的聚酰胺酸鹽在高溫下反應(yīng)，在纖維表面形成緊密的膜層。
[0016]所述聚酰亞胺纖維還可以為任意芳雜環(huán)類(lèi)有機(jī)纖維。
[0017]所述上漿劑的作用特點(diǎn)為:可以起到保護(hù)纖維防止磨損的作用；增加纖維表面粗糙度和纖維表面能，提高纖維與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性；通過(guò)纖維表面膜層大分子鏈段與樹(shù)脂基體分子鏈段的纏結(jié)或化學(xué)鍵合反應(yīng)以提高纖維與樹(shù)脂基體的界面結(jié)合強(qiáng)度。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]本發(fā)明所述上漿劑，其固化后的化學(xué)結(jié)構(gòu)仍為聚酰亞胺，能夠保證聚酰亞胺纖維的高溫使用性能，避免其他體系上漿劑與聚酰亞胺纖維在高溫條件下使用的匹配問(wèn)題。
[0020]本發(fā)明所述上漿劑的制備方法及其應(yīng)用，可以在聚酰亞胺表面通過(guò)化學(xué)鍵連接接枝聚酰亞胺大分子鏈，并在纖維表面形成膜層，能夠有效提高纖維表面能，改善纖維與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性和界面結(jié)合強(qiáng)度，還能夠提高纖維的耐磨損性能和集束性。
[0021]本發(fā)明所述上漿劑為水溶性液體，在使用過(guò)程中近似零污染，具有環(huán)境友好型的特點(diǎn)?！靖綀D說(shuō)明】:
[0022]圖1:聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的制備原理示意圖；
[0023]圖2:聚酰亞胺纖維用水溶性聚酰亞胺上漿劑的使用原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述發(fā)明。應(yīng)說(shuō)明的是:以下實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案。一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]A、向聚酰胺