[发明专利]一种聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维的制备方法领域，特别涉及一种聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维的制备方法。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维是高性能纤维的典型代表，比如俄罗斯的Armos纤维(国内称为芳纶III)，其拉伸强度大于4.5GPa，超过美国杜邦公司生产的Kevlar纤维，具有高强高模耐高温特性。芳香族聚酰胺由于其分子内强烈的氢键作用，溶解性能差，难以溶解于非质子溶剂中，对纺丝工艺带来极大的困扰。为使其溶解，专利CN101921395A和专利CN101787582A中提到，在N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基乙酰胺中添加氯化锂或氯化钙助溶剂，组成复合溶剂。但是，通过这种方法得到的聚合物原液中含有大量的无机盐离子，会影响纤维的成型过程和聚集态结构；而且在传统的湿法纺丝制备出初生纤维后，需经过水洗方式除去残留的助溶剂，使工艺复杂，制造成本较高，而且会造成水质污染等问题。因此，改善聚酰胺溶解性，并采用高效环保的纺丝工艺制备该类聚合物纤维具有重要的意义。传统的改善方法是在聚合物主链上引入柔性集团，例如醚键，但是柔性基团的引入会造成纤维性能的下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维的制备方法，该方法工艺简单，效率高，得到的聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维具有高强度、高模量以及耐辐照、耐高温的特点。

本发明的一种聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维的制备方法，包括：

(1)将二胺单体加到非质子极性溶剂中，氮气保护下，-5℃～100℃搅拌，加入二酐类单体反应1.5～24h，然后在-10℃～20℃下加入对苯二甲酰氯，反应0.5～3h，得到聚酰胺-聚酰胺酸聚合物纺丝原液；

(2)将步骤(1)中的纺丝原液静置脱泡，经过滤和喷丝组件后进入140–380℃的惰性气体甬道，得到固化原丝，经卷绕得到部分环化的前驱体初生纤维；其转给你，所述步骤(2)中甬道长度为8–15m，纺丝速度为200–400m/min；

(3)将步骤(2)中的初生纤维环化拉伸，得到聚酰胺-酰亚胺共聚物纤维。

所述步骤(1)中二胺单体为对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑中的至少一种，其中，对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的摩尔比为0:1～1:0。

所述步骤(1)中非质子极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺DMAc或N-甲基-2-吡咯烷酮NMP。

所述步骤(1)中搅拌的时间为2～3h。

所述步骤(1)中二酐类单体为均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐或3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐。

所述步骤(1)中二酐类单体及对苯二甲酰氯的摩尔数之和与二胺类单体的摩尔比为0.95:1～1.06:1；其中，对苯二甲酰氯与二酐类单体的摩尔比为1:3～3:1。

所述步骤(1)中二酐类单体与对苯二甲酰氯的加料顺序不可改变。

所述步骤(2)中静置脱泡的时间为12h。

所述步骤(2)中纺丝原液经过惰性气体甬道使纺丝原液中的溶剂蒸发除去。

所述步骤(2)中部分环化的前驱体初生纤维的环化程度为10-50％，此条件下最有利于初生纤维的环化牵伸处理，纺丝所使用的溶剂通过冷凝回收。

所述步骤(3)中环化拉伸是环化-牵伸一体化工艺，参数为：在氮气氛围下热处理温度为300-500℃，热牵伸倍数为1-3倍。

聚酰胺酸具有良好的溶解性能，将酰胺酸基团引入聚酰胺的主链上，得到聚酰胺-酰胺酸聚合物，将会改善聚酰胺的溶解性能，使其在不添加助溶剂的条件下可直接溶解于非极性质子溶剂中，聚酰胺-酰胺酸聚合物原液在纺丝成型后，可以通过亚胺化反应得到聚酰胺酰亚胺纤维；同时，采用干法纺丝工艺可以有效调控初生纤维的初期环化程度，有利于纤维的后续热处理，而且干法纺丝更高效、环保、简单，更适合于制备高性能聚酰胺-酰亚胺纤维。由于聚酰胺酰亚胺分子中同时具有耐热的芳杂亚胺基团和柔性的酰胺基团，它将聚酰胺与聚酰亚胺的优良性能集于一身，因此，具有良好的机械性能和化学稳定性，是一种性能卓越的工程材料。