[发明专利]一种基于分子组装的聚吡咙纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于分子组装的聚吡咙纤维的制备方法，其包括以下步骤：将四酸、四胺、聚芳酰胺、改性碳纳米纤维和溶剂配置成静电纺丝的混合溶液；将所得的混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维；将前驱体纳米纤维在真空中干燥后，经热处理和多聚磷酸溶液处理，即可制得聚吡咙/聚芳酰胺/改性碳纳米纤维复合纳米纤维。该复合纳米纤维成分均匀，具备优异的高温热稳定性和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及一种基于分子组装的聚吡咙纤维的制备方法。更具体地，本发明涉及一种基于分子组装的聚吡咙/聚芳酰胺/改性碳纳米纤维复合纳米纤维的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，航空航天领域对密封器件的要求也越来越高。航空发动机中常用的密封装置为接触式密封，对密封材料的强度、耐高温、耐老化、耐磨性、韧性等方面的要求高。传统的密封材料有聚四氟乙烯、聚酯、尼龙等，由于它们在耐高温、力学性能、抗老化、耐磨等方面的弱点，已经不能满足航空航天领域对密封材料的耐热、高强度、耐磨等性能的需求。

聚吡咙是一种刚性的聚芳杂环大分子聚合物，具有良好的耐高温性、抗氧化性及拉伸强度，在高温下仍可保持较好的机械性能，因此可满足航空航天、微电子等尖端领域对耐高温、密封材料的要求。

然而聚吡咙存在既不熔融、也不溶于普通有机溶剂等问题，使其可加工性受到了极大的限制，同时对其应用、开发造成极大的阻碍。目前需要对聚吡咙的配方和制备工艺进行改进，以获得兼具优异的高温热稳定性、耐磨性和机械性能的密封材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一方面涉及提供一种基于分子组装的聚吡咙/聚芳酰胺/改性碳纳米纤维复合纳米纤维的制备方法，包含以下步骤：

(a)配置用于静电纺丝的混合溶液，混合溶液包含以下组分：四酸和四胺，聚芳酰胺，改性碳纳米纤维，溶剂；

(b)将(a)中所得的混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维；

(c)将前驱体纳米纤维在真空中干燥后，经热处理和多聚磷酸溶液处理，即可制得聚吡咙/聚芳酰胺/改性碳纳米纤维复合纳米纤维。

所述聚芳酰胺为具有如下结构式的化合物：

其中R1为含有至少一个羟基且碳原子数为2-5的烃基；

R₂选自如下结构中的任一种：

R₃选自含有4个碳以上的脂肪族、脂环族、芳香族、带有侧基的脂肪族、脂环族、芳香族、含有吡唑啉或咪唑环或二氮杂萘酮联苯的二元胺残基中的一种；

R₄选自含有4个碳以上的脂肪族、脂环族、芳香族、带有侧基的脂肪族、脂环族、芳香族的二元酸残基中的一种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述R₃为含有二氮杂萘酮联苯的二元胺残基。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述聚芳酰胺溶液的特性粘度为3.0dl/g～5dl/g。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述改性碳纳米纤维经等离子体、硝酸和硫酸混合物氧化处理制得。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述四酸选自3,3’,4,4’-联苯四甲酸、3,3’,4,4’-二苯酮四甲酸、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸、3,3’,4,4’-二苯基甲烷四甲酸、3,3’,4,4’-双三氟甲基二苯基四甲酸、1,4,5,8-萘四甲酸、1,2,4,5-苯四甲酸、3,3’,4,4’-二苯硫醚四甲酸、3,3’,4,4’-三苯二醚四酸、双酚A二醚四酸、2,3,3’,4’-联苯四羧酸、2,2’,3,3’–联苯四羧酸中的一种或几种。