[发明专利]一种聚酰亚胺纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维技术领域，具体涉及一种从聚酰胺酸溶液开始一步连续制备高性能聚酰亚胺纤维的方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维作为高性能纤维的一个品种，具有高强高模、耐高温、耐低温、耐辐射、阻燃、耐化学腐蚀等许多优异性能，并且还具有良好的生物相容性和介电性能。可望在原子能工业、空间环境、救险需要、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业及防护用具等领域中得到广泛的应用。

目前聚酰亚胺纤维的制备方法有两种。一种是一步法技术路线：以聚酰亚胺溶液为纺丝浆液，通过湿法或干湿法纺制聚酰亚胺纤维，纤维经初步拉伸后有一定的强度，去除溶剂后，进行热拉伸和热处理(300℃-500℃)，可得到高强高模的聚酰亚胺纤维。该方法纺丝工艺简单，但从目前聚酰亚胺的合成来看，普遍使用的溶剂是酚类，酚类溶剂(如甲酚、对氯苯酚)不仅毒性较大，而且在纤维中的残余量较大，很难去除干净，不利于环保，工业化很困难；国家发明专利ZL O2112048.X，美国专利US 4,370,290和US 5,378,420都公开了采用一步法制备聚酰亚胺纤维方法。另一种是两步法技术路线：首先将聚酰胺酸的浓溶液经湿法或干湿法喷丝得到聚酰胺酸纤维，第二步是将第一步纺制的聚酰胺酸纤维经化学环化或热环化及后牵伸得到的聚酰亚胺纤维。如日本公开特许公报JP3287815、JP4018115均采用该法制备聚酰亚胺纤维。该方法的优点是：解决了聚酰亚胺纤维不熔不溶带来的加工性难题，合成原料及溶剂种类多、毒性小，纤维中溶剂残余量低。其缺点是第一步得到的聚酰胺酸纤维的性能会随着存放时间的延长而降低，并且聚酰胺酸纤维收卷后，纤维中存留的少量溶剂和凝固液很难挥发，也会影响聚酰胺酸纤维的存放和性能，所以得到的聚酰亚胺纤维性能不高；同时，这种方法是分步进行，不利于连续化生产。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述制备方法中的不足，提供一种从聚酰胺酸溶液开始一步连续制备聚酰亚胺纤维的方法。

本发明提供一种制备聚酰亚胺纤维的方法，其特征在于，从聚酰胺酸溶液开始，采用湿法或干湿法纺丝工艺，纤维连续经过凝固、干燥或经过洗涤步骤后再干燥、热处理环化及牵伸过程，最后收卷制备出聚酰亚胺纤维，具体包括以下步骤：

A：在氮气保护下，将二胺与二酐按总摩尔比为1∶0.95或1∶1.05进行配比，在-10-70℃的溶剂中反应2-20小时，聚合得到固含量为10-25％的聚酰胺酸纺丝溶液；

B：将聚酰胺酸纺丝溶液进行过滤，置入储料罐(1)中并真空脱泡，按照湿法或干湿法纺丝工艺进行纺丝，纺丝溶液经计量泵(2)打出后从喷丝板(3)喷出，所得纤维经导丝辊(4)牵引后在凝固浴(5)中凝固，直接或者再经清洗浴(6)洗涤后通过热辊(7)或热板(8)进行干燥，再经三段或以上的炉段进行热环化和牵伸，最后通过卷绕设备(10)进行收丝，即可获得聚酰亚胺纤维。

在该方法中，所用二胺和二酐为本领域人员用于合成聚酰亚胺的各种二胺和二酐单体，其通式如下：

H₂N——R——NH₂

二胺

二酐

其中R代表本领域二胺和二酐单体中常规的结构基团，例如芳香族及杂环结构等。

上述方法中步骤A所用的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜(DMSO)中的一种、两种或两种以上的混合溶剂。

上述方法中所采用湿法或干湿法工艺时凝固浴和清洗浴可以是水，或水与下列溶剂中的一种或几种的混合溶液，溶剂种类包括：甲醇，乙醇，乙二醇，丙酮，甲苯，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜(DMSO)。

在该方法中，所采用的炉段由管式热炉(9)组成，热环化和牵伸温度为：第一炉段80-280℃，第二炉段200-450℃，第三炉段400-550℃，在这一过程中，炉段的个数可以根据温度设置和纤维在炉体中经过的时间进行调整，但不能少于三段，纤维在炉段中经过的时间总和为5-25分钟；热处理过程中的牵伸倍数为1.2-7，当炉段温度设置高于350℃时在炉体中加入或不加入氮气保护。

与现有技术相比较，本发明具有以下的优良效果：