專利名稱：一種聚酰亞胺纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子纖維及其制備方法，特別是涉及一種聚酰亞胺纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚酰亞胺纖維具有獨特的化學(xué)、物理、力學(xué)和電學(xué)性能，特別是它的優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及良好的力學(xué)性能。同時，聚酰亞胺纖維具有很高的耐輻照性能，這是其它纖維無法比擬的，因此它是航空航天首選的材料之一，也是高溫介質(zhì)及放射性物質(zhì)的過濾材料。
聚酰亞胺纖維一般有兩種方法合成紡絲。一種是先合成聚酰亞胺溶液，然后直接紡絲成聚酰亞胺纖維，主要缺點是采用酚類溶劑，溶劑毒性大，且在纖維中殘留量大。第二種是兩步法，先制備聚酰胺酸溶液，然后紡絲成聚酰胺酸初生纖維。最后經(jīng)過處理，得到聚酰亞胺纖維。其缺點是力學(xué)性能有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚酰亞胺纖維的制備方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，滿足生產(chǎn)和生活的需要。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種聚酰亞胺纖維的制備方法包括如下步驟a、三口燒瓶使用前放在烘箱中在130℃下干燥3小時，采用帶有多級調(diào)速器的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在三口燒瓶的一側(cè)通氮氣，稱取質(zhì)量比為1∶1.02的4，4’-二氨基二苯醚(ODA)和均苯四酸二酐(PMDA)，0℃～5℃下，在非質(zhì)子極性溶劑含水率為40ppm、固體含量為15～20％的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中反應(yīng)得到聚酰胺酸溶液；b、將步驟a得到的聚酰胺酸溶液，采用濕法紡絲成型，通過酰亞胺化反應(yīng)使聚酰胺酸初生纖維脫水環(huán)化成聚酰亞胺初生纖維；c、將步驟b得到的初生纖維放入量筒，并加入醋酸酐和三乙胺，每克纖維需要醋酸酐和三乙胺各10mL，混合均勻，然后用丙酮進(jìn)行沖洗，并浸泡6小時，最后在真空，常溫下進(jìn)行干燥12小時，得到聚酰亞胺纖維。
作為優(yōu)選法的技術(shù)方案步驟b采用的濕法紡絲工藝為噴絲孔數(shù)為5～6孔，噴絲孔徑的直徑為0.1～0.3mm，紡絲溫度為10℃～40℃，溶液濃度為15％～25％，凝固浴為N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)與水的混合物，混合比例為3∶7，經(jīng)過立式凝固浴和常規(guī)的凝固浴后，經(jīng)過初步濕拉伸得到聚酰胺酸初生纖維。噴絲孔徑為0.1mm，紡絲溫度為25℃，溶液濃度為18％，凝固浴為30％的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)和70％水，濕拉伸的拉伸比為1.5。
步驟a中在攪拌的同時用低溫冷卻液循環(huán)泵的冷凍浴將其冷卻到0℃，然后在攪拌下分四次加入二酐粉末，每次間隔1小時，然后用計量內(nèi)的N，N-二甲基乙酰胺將瓶壁殘余的二酐沖入瓶內(nèi)，在常壓下攪拌反應(yīng)5小時，最后得到淡黃色透明的聚酰胺酸/N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液，0℃以下保存待用。
本發(fā)明的有益效果是從溫度，濃度，反應(yīng)物二胺與二酐的比例，溶劑等優(yōu)化了紡絲溶液的合成條件，在生產(chǎn)聚酰胺酸初生纖維的過程中，采用立式凝固浴，延長了凝固時間，可以采用較緩和的方式凝固紡絲溶液，同時優(yōu)化了凝固條件，最終得到力學(xué)性能理想的初生纖維。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實施例1聚酰胺酸的合成反應(yīng)在三口燒瓶中進(jìn)行，采用帶有多級調(diào)速器的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在三口燒瓶的一側(cè)通氮氣保持反應(yīng)物不被氧化。所用的三口燒瓶在使用前在烘箱中于130℃下干燥3小時。用電子天平準(zhǔn)確稱取4，4′-二氨基二苯醚(ODA)14.592g和均苯四酸二酐(PMDA)16.212g，先將稱取的二胺加入三口燒瓶中，加入溶劑DMAC(最終加入160mL)，在攪拌下使其完全溶解為透明液體，在攪拌的同時用低溫冷卻液循環(huán)泵的冷凍浴將其冷卻到0℃，然后在攪拌下分四次加入二酐粉末，每次間隔1小時。然后用計量內(nèi)的DMAc將瓶壁殘余的二酐沖入瓶內(nèi)，如此在常壓下攪拌反應(yīng)5小時，最后得到淡黃色透明的聚酰胺酸/DMAC溶液，0℃以下保存待用。
實施例2-5反應(yīng)過程與實施例子1相同，其他條件見表1。
表1

實施例6將實施例子1中得到的聚酰胺酸溶液，采用如附圖
2所示的濕法技術(shù)路線紡絲成型。在特制的帶有噴絲頭的儲罐里裝入約150mL聚酰胺酸紡絲溶液后，將低溫冷卻液循環(huán)泵導(dǎo)出的0℃的循環(huán)液注入漿液儲罐的夾套內(nèi)，使紡絲溶液保持0℃，常壓下靜置脫泡15小時，然后即可進(jìn)行紡絲操作。用氮氣使?jié){液加上0.3MPa的壓力，紡絲溶液通過1000目的過濾墊布，通過噴絲頭噴出進(jìn)入立式凝固浴，紡絲漿液的擠出速為11.90m/min，立式凝固浴的長度是0.75m，在凝固浴中絲條經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓袒?jīng)導(dǎo)絲輥進(jìn)入水浴槽，水浴槽的長度是1.85m，控制水浴槽前后兩導(dǎo)絲輥的速度，分別為4.67m/min和7.11m/min，濕拉伸的倍數(shù)為1.5倍，此時也是對纖維進(jìn)行進(jìn)一步的凝固，然后纖維就可收卷。
實施例7-10紡絲過程與實施例子6相同，其他條件見表2。
表2

實施例11將實施例子10所得到的初生纖維放入500mL量筒，并加入醋酸酐和三乙胺各200mL，混合均勻，浸入混合液的時間一般為24小時，然后用丙酮進(jìn)行沖洗。一般來說，還要在丙酮中浸泡6小時以上，使脫水劑和催化劑完全脫離聚酰亞胺纖維，最后在真空，常溫下進(jìn)行干燥12小時，得到聚酰亞胺纖維。它的斷裂強(qiáng)度為1.01cN·dex-1，斷裂拉伸率為64.5％，初始模量為12cN·dex-1。
權(quán)利要求
1.一種聚酰亞胺纖維，其特征在于它所使用的聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)如下式表示 其中，n＝135～318。
2.一種如權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟a、三口燒瓶使用前放在烘箱中在130℃下干燥3小時，采用帶有多級調(diào)速器的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，在三口燒瓶的一側(cè)通氮氣，稱取質(zhì)量比為1∶1.02的4，4’-二氨基二苯醚和均苯四酸二酐，0℃～5℃下，在非質(zhì)子極性溶劑含水率為40ppm、固體含量為15～20％的N，N-二甲基乙酰胺中反應(yīng)得到聚酰胺酸溶液；b、將步驟a得到的聚酰胺酸溶液，采用濕法紡絲成型，通過酰亞胺化反應(yīng)使聚酰胺酸初生纖維脫水環(huán)化成聚酰亞胺初生纖維；c、將步驟b得到的初生纖維放入量筒內(nèi)，并加入醋酸酐和三乙胺，每克纖維需要醋酸酐和三乙胺各10mL，混合均勻，然后用丙酮進(jìn)行沖洗，并浸泡6小時，最后在真空，常溫下進(jìn)行干燥12小時，得到聚酰亞胺纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟b采用的濕法紡絲工藝為噴絲孔數(shù)為5～6孔，噴絲孔徑的直徑為0.1～0.3mm，紡絲溫度為10℃～40℃，溶液濃度為15％～25％，凝固浴為N，N-二甲基乙酰胺與水的混合物，混合比例為3∶7，經(jīng)過立式凝固浴和常規(guī)的凝固浴后，經(jīng)過初步濕拉伸得到聚酰胺酸初生纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于噴絲孔徑為0.1mm，紡絲溫度為25℃，溶液濃度為18％，凝固浴為30％的N，N-二甲基乙酰胺和70％水，濕拉伸的拉伸比為1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟a中在攪拌的同時用低溫冷卻液循環(huán)泵的冷凍浴將其冷卻到0℃，然后在攪拌下分四次加入二酐粉末，每次間隔1小時，然后用計量內(nèi)的N，N-二甲基乙酰胺將瓶壁殘余的二酐沖入瓶內(nèi)，在常壓下攪拌反應(yīng)5小時，最后得到淡黃色透明的聚酰胺酸/N，N-二甲基乙酰胺溶液，0℃以下保存待用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚酰亞胺纖維及其制備方法，包括如下步驟a.稱取質(zhì)量比為1∶1.02的4，4’－二氨基二苯醚和均苯四酸二酐，0℃～5℃下，在固體含量為15～20％的N，N－二甲基乙酰胺中反應(yīng)得到聚酰胺酸溶液；b.將步驟a得到的聚酰胺酸溶液，采用濕法紡絲成型，通過酰亞胺化反應(yīng)使聚酰胺酸初生纖維脫水環(huán)化成聚酰亞胺初生纖維；c.將初生纖維加入醋酸酐和三乙胺，混合均勻，然后用丙酮進(jìn)行沖洗，浸泡，干燥，得到聚酰亞胺纖維。本發(fā)明的有益效果是優(yōu)化了紡絲溶液的合成條件，在生產(chǎn)聚酰胺酸初生纖維的過程中，采用立式凝固浴，延長了凝固時間，采用較緩和的方式凝固紡絲溶液，最終得到力學(xué)性能理想的初生纖維。
文檔編號D01F6/58GK1821457SQ20061002479
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者李焱, 劉兆峰, 于俊榮, 胡祖明 申請人:東華大學(xué)