[发明专利]一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能有机纤维及其制备方法，特别是涉及一种聚酰亚胺纤维及其制备方法，属于高分子材料技术领域。 

背景技术

聚酰亚胺（PI）纤维具有高强高模特性和优异的耐高低温性，其耐辐照特性优于其它高性能有机纤维，可广泛应用于微电子工业、核能工业、航空航天工业、辐射防护服和高温介质过滤材料。聚酰亚胺的纺丝路线主要有两种：一种是首先利用聚酰亚胺的前躯体—聚酰胺酸溶液进行纺丝得到聚酰胺酸纤维，然后经过热亚胺化或者化学亚胺化得到聚酰亚胺纤维，其特点是解决了聚酰亚胺加工困难的难题，但是纤维在亚胺化过程中会有小分子逸出，使纤维结构产生缺陷，得不到力学性能较好的聚酰亚胺纤维。另一种路线是直接利用聚酰亚胺溶液纺丝得到聚酰亚胺纤维，其特点是工艺简单，纤维不需要再进行亚胺化，纤维结构致密，可以得到高强高模的聚酰亚胺纤维，但是此方法所使用的溶剂往往是毒性较大的酚类溶剂，对环境和人体危害较大。 

发明内容

本发明所解决的技术问题是弥补上述不足之处，提供一种聚酰亚胺纤维及其制备方法，直接合成可溶性的聚酰亚胺并进行纺丝得到聚酰亚胺纤维，工艺简单，而且所使用的溶剂毒性较小。 

本发明制备的一种聚酰亚胺纤维，其特征是：它具有式1结构： 

式1

其中R为式2中所列结构中的一种；

式2。

所述的聚酰亚胺纤维的制备方法，该方法是：选用均苯四甲酸酐(PMDA)或3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)或4,4'-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)或 3,3'4,4'-联苯四甲酸酐(BPDA)与4,4'-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜(BAPS-m)在非质子极性溶剂中通过溶液缩聚法直接制备聚酰亚胺溶液，溶液经过过滤、真空脱泡后进行湿法纺丝或干湿法纺丝制得聚酰亚胺初生纤维，再经热牵伸制得聚酰亚胺纤维，制得的聚酰亚胺纤维具有式1结构： 

式1

其中R为式2中所列结构中的一种；

式2。

所述的聚酰亚胺的特性粘度介于0.50~2.00dL/g之间；所述聚酰亚胺溶液的特性粘度的测定方法是：上述聚酰亚胺溶液，用相同的非质子极性溶剂稀释至浓度0.5g/100mL，在25℃下，测定其特性粘度值。 

上述溶液缩聚法直接制备聚酰亚胺溶液，可采用的技术方案是：称取摩尔比为1:0.95~1:1.05的二胺和二酐单体，溶解在非质子极性溶剂中，反应温度控制在-5℃~35℃，搅拌反应4~24小时得到聚酰胺酸溶液，然后向聚酰胺酸溶液中加入带水剂和催化剂，升温至150℃~250℃，搅拌回流2~20小时进行热亚胺化，得到聚酰亚胺溶液，聚酰亚胺溶液的浓度为10%~25%。 

所述的选用湿法纺丝进行制备，其工艺条件为：纺丝溶液温度5℃~100℃，喷丝头孔径0.02mm~0.5mm，凝固浴温度5℃~80℃，纺丝速度30~100米/分钟。 

    本发明也可选用干湿法纺丝进行制备，其工艺条件为：纺丝溶液温度5℃~100℃，喷丝头孔径0.02mm~0.5mm，空气层高度为2cm~50cm，凝固浴温度5℃~80℃，纺丝速度30~100米/分钟。 

本发明所述的热牵伸温度为280℃~450℃，热牵伸倍数为1~6倍。 

本发明所述的湿法纺丝或干湿法纺丝所用的凝固浴采用非质子极性溶剂和水的混合溶剂，非质子极性溶剂与水的比例为2:8~6:4；或者采用乙醇、甲醇、乙二醇中的一种。 

本发明所使用的非质子极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)或环丁砜(SF)中的一种。 

本发明所述的所使用的带水剂为苯、甲苯、二甲苯、环己烷、二氯乙烷、吡啶、四氯化碳或石油醚中的一种，带水剂使用量为溶液质量的5%~20%。所使用的催化剂为三甲胺、三乙胺、异喹啉、碱金属、磷酸或羧酸锌盐中的一种，催化剂使用量为溶液质量的0.05%~5%。 

本发明的有益效果是：直接在低毒的非质子极性溶剂中一步合成聚酰亚胺溶液，然后再进行湿法或干湿法纺丝得到聚酰亚胺纤维。本发明工艺简单，对环境危害较小，并且制备的聚酰亚胺纤维具有较高的强度和模量，热稳定性能优良，纤维还具有优异的阻燃、耐辐射和介电性能，可以广泛应用于原子能工业、航空航天、国防建设、高速交通、新型建筑、海洋开发、体育器械、防护用具及环保产业等。 

具体实施方式