[发明专利]一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺卷曲纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明属于纤维材料技术领域，公开了一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺(PAI)卷曲纳米纤维及其制备方法。所述驻极纳米纤维的主要组分为PAI，其质量比≥95％，纤维直径为100～800nm，卷曲半径为1～5μm，材料的孔径和孔隙率分别在0.3～10μm、88～95％范围内可控；其驻极效应的表征参数——表面电势在1～12kV范围内可控，驻极效应稳定性表现为在高湿(＞80％)环境中处理5天，表面电势衰减率＜5％；耐高温性能良好，可在100～250℃环境下保持结构稳定。此材料的制备方法包括以下步骤：将PAI溶解在溶剂中配置成纺丝原液，利用高压静电纺丝机一步制备出具有驻极效应的PAI卷曲纳米纤维材料，制备过程中可通过调控工艺参数和纺丝环境来控制所成型纤维材料的结构和驻极效应。该制备方法简便、易操作，所得材料兼具结构优势和表面效应，在空气过滤、电子能源、吸音保暖等领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于特种材料及空气过滤交叉技术领域，涉及一种具有驻极效应的聚酰胺酰亚胺(PAI)卷曲纳米纤维及其制备方法，特别是一种耐高温、高蓬松的驻极PAI卷曲纳米纤维材料及其静电纺丝方法，具体地说是通过静电纺丝技术，将高性能聚合物PAI制备成纤维材料，并实现其在高温过滤领域的应用。

背景技术

目前，大气颗粒物污染问题的防治仍是生态文明建设的关键环节。超低排放被认为是对抗颗粒物污染的最有效方法，更是成为我国当前打赢蓝天保卫战的精准措施和首要工作。由于颗粒物的排放源头主要包括钢铁厂、焦化厂、燃煤电厂、汽车尾气等，因此含尘污染空气的温度一般为100～250℃，使得耐高温的纤维材料成为空气过滤领域的研发热点。现有市售高温过滤材料主要有聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)和芳纶纤维四大类。但现有材料面临两大问题，首先，现有材料的纤维直径为微米数量级，导致其孔径大，进而对微细颗粒物的过滤效率低；其次，现有材料具有加工困难、成本高的瓶颈，亟需开发新型高温过滤用纤维材料。

聚酰胺酰亚胺是一种由酰亚胺环和酰胺键规则交替排列构成的聚合物，其具有与聚酰亚胺相当的玻璃化温度(250～300℃)，使用温度范围广(从-195℃到230℃)，尺寸稳定性和抗蠕变性优良，且耐腐蚀、耐辐照。本发明利用静电纺丝技术将聚酰胺酰亚胺一步制备成纤维材料，是高温过滤领域的新发明、新创造。与本发明密切相关的技术主要通过搜索关键词“聚酰胺酰亚胺纤维”、“电纺卷曲纤维”、“高温过滤纤维”获取。已公开的技术中，聚酰胺酰亚胺纤维均不具备驻极效应，且无卷曲结构，聚酰胺酰亚胺纤维的制备方法主要为沉析法和湿法，如《CN201510760451.X一种聚酰胺酰亚胺沉析纤维的制备方法》、《CN201410025790.9一种聚酰胺酰亚胺纤维湿法一步纺丝工艺》、《CN202011083897.0一种聚酰胺-酰亚胺共聚纤维的制备方法》等。利用静电纺丝技术制备卷曲纤维的技术中，《CN202010206159.4一种仿羊毛卷曲静电纺纳米纤维及其制备方法》公开的是一种双组份的卷曲纤维，且并未包含聚酰胺酰亚胺组分，其卷曲结构的形成是通过高弹性和低弹性聚合物的力学性质差异实现，与本专利的材料与制备方法具有本质区别。已公开的高温过滤纤维中，未有涉及以聚酰胺酰亚胺为组分的材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型耐高温、高孔隙率纳米纤维材料及其制备方法，填补现有高温过滤纤维材料的空白，并提供聚酰胺酰亚胺纤维的一步制备方法。

本发明提供了一种具有驻极效应的PAI卷曲纳米纤维，所述纤维材料的主要组分为PAI，其质量比≥95％，其具有纳米级的纤维直径，表现出卷曲结构，纤维集合体呈现高孔隙率的蓬松状态，此外该材料具有明显的驻极效应。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种具有驻极效应的PAI卷曲纳米纤维，纤维组分主要为PAI，其质量比95～100％，其余组分为有机或无机添加剂，可为羟基磷灰石、二氧化硅、聚四氟乙烯、氮化硅、石墨烯、二氧化钛、勃母石，添加剂的粒径为0.01～1μm。