專(zhuān)利名稱(chēng)：聚酰亞胺纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰亞胺纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚酰亞胺纖維是一種新型特種纖維，指分子鏈中含有芳酰亞胺的纖維。聚酰亞胺纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、阻燃、防輻射、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在原子能工業(yè)、空間環(huán)境、航空航天、國(guó)防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開(kāi)發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè)以及防護(hù)用具等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。70年代，美國(guó)阿約翰公司的D. S. G在實(shí)驗(yàn)室研制成功了聚酰亞胺2080纖維，簡(jiǎn)稱(chēng) PIM2080，該纖維制造工藝簡(jiǎn)單，具有耐高溫、電絕緣和抗輻射等性能。奧地利的Lenzing AG(即現(xiàn)在的^ispec Fibers)研發(fā)了 P84纖維，P84纖維也是最早的商業(yè)化的聚酰亞胺纖維，該纖維由二苯酮四酸二酐(BTDA)、二異氰酸二苯甲烷酯(MDI)和二異氰酸甲苯酯 (TDI)共聚形成，主要用作高溫過(guò)濾和防護(hù)服，也可以用作密封材料和絕緣材料。法國(guó)的 Phone-Poulence公司也推出了一種聚酰胺-聚酰亞胺纖維Kernel，型號(hào)為235AGF，該纖維的主要特點(diǎn)是不燃、不熔、不形成微粒、受熱不收縮、機(jī)械力較強(qiáng)、耐酸和耐有機(jī)溶劑，可用作安全毯、座位防護(hù)罩、防護(hù)服和高溫過(guò)濾材料等。這些纖維雖然均具有較好的耐高溫性， 但其力學(xué)性能均比較低，限制了其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，制備具有良好的耐高溫性能和力學(xué)性能的聚酰亞胺成為現(xiàn)實(shí)。 現(xiàn)有的聚酰亞胺纖維的制備方法主要包括一步法和兩步法兩種工藝。一步法是指采用聚酰亞胺溶液直接進(jìn)行紡絲制備聚酰亞胺纖維，如申請(qǐng)?zhí)枮?2112048. X的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)、專(zhuān)利號(hào)為US4370290的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)和US5378420的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)的聚酰亞胺的制備方法均為一步法。一步法紡制的原絲無(wú)需再進(jìn)行酰胺化，工藝流程短，得到的聚酰亞胺纖維力學(xué)性能高，但是這種方法要求聚酰亞胺聚合物具有可溶性，且所使用的溶劑一般為毒性較大的對(duì)氯苯酚等酚類(lèi)溶劑，導(dǎo)致其制備成本非常高，不利于工業(yè)化應(yīng)用，也降低了聚酰亞胺纖維的耐熱性能和耐溶劑性能。兩步法是先將二胺和二酐進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成聚酰胺酸原液， 然后進(jìn)行紡絲，再將原絲進(jìn)行亞胺化處理最后得到聚酰亞胺纖維，如專(zhuān)利號(hào)為JP3287815 的日本專(zhuān)利文獻(xiàn)和專(zhuān)利號(hào)為JP4018115的日本專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)的聚酰亞胺的制備方法均為兩步法。兩步法制備的聚酰亞胺纖維具有良好的耐熱性和耐溶劑性，同時(shí)由于合成原料來(lái)源廣泛，適于工業(yè)化開(kāi)發(fā)而獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，相對(duì)于一步法制備的聚酰亞胺纖維， 兩步法制備的聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能相對(duì)較低。聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能除了與制備方法相關(guān)，也與原料，即二酐單體和二胺單體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。研究表明，在纖維大分子結(jié)構(gòu)中引入苯并咪唑二胺鏈節(jié)能夠極大的改善纖維的力學(xué)性能，如俄羅斯的雜環(huán)芳族聚酰胺纖維-Armos纖維的強(qiáng)度高達(dá) 4. OGPa 5. 5GPa,模量高達(dá)130GPa 160GPa，Rusar纖維的強(qiáng)度高達(dá)6GPa。申請(qǐng)?zhí)枮?00710050651. 1的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)也公開(kāi)了一種含苯并咪唑結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺纖維，以 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和二酐為原料發(fā)生聚合反應(yīng)制得聚酰胺酸紡絲原液，將所述聚酰胺酸紡絲原液按濕法或干/濕紡絲工藝紡絲后，再將得到的聚酰胺酸原絲采用熱酰亞胺化工藝進(jìn)行酰亞胺化，得到的含苯并咪唑結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能有所提高，其初始模量可達(dá)45. 2GPa 220GPa，但是其纖維斷裂強(qiáng)度，即纖維斷裂強(qiáng)度僅為 0. 73GPa 1. 53GPa，仍有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種聚酰亞胺纖維及其制備方法， 本發(fā)明提供的聚酰亞胺纖維具有較高的纖維斷裂強(qiáng)度和模量。本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺纖維，包含式(I)結(jié)構(gòu)所示的第一重復(fù)單元、式(II) 結(jié)構(gòu)所示的第二重復(fù)單元和式(III)結(jié)構(gòu)所示的第三重復(fù)單元
權(quán)利要求
1. 一種聚酰亞胺纖維，包含式(I)結(jié)構(gòu)所示的第一重復(fù)單元、式(II)結(jié)構(gòu)所示的第重復(fù)單元和式(III)結(jié)構(gòu)所示的第三重復(fù)單元
2.一種聚酰亞胺纖維的制備方法，包括以下步驟將對(duì)苯二胺、4，4' - 二苯醚二胺、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和聯(lián)苯四酸二酐在有機(jī)溶劑中混合，進(jìn)行縮聚反應(yīng)后得到聚酰胺酸紡絲原液，所述對(duì)苯二胺、4，4' -二苯醚二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的摩爾比為(0.60 0.90) (0. 05 0. 20) (0. 05 0. 20)；將所述聚酰胺酸紡絲原液進(jìn)行紡絲，得到聚酰胺酸原絲；將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行酰亞胺化處理，得到聚酰亞胺初生纖維；將所述聚酰亞胺初生纖維進(jìn)行熱牽伸處理，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，所述對(duì)苯二胺、4，4'-二苯醚二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的總摩爾數(shù)與所述聯(lián)苯四酸二酐的摩爾數(shù)的比例為 1 0. 95 1. 05。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為N，N'-二甲基甲酰胺、N，N' - 二甲基乙酰胺、二甲基亞砜和N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述縮聚反應(yīng)的溫度為-5°C 30°C; 所述縮聚反應(yīng)的時(shí)間為證 20h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述聚酰胺酸紡絲原液中，所述聚酰胺酸的質(zhì)量濃度為5% 30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，將所述聚酰胺酸紡絲原液進(jìn)行紡絲包括以下步驟將所述聚酰胺酸紡絲原液過(guò)濾、真空脫泡后，通過(guò)噴絲孔擠出；將通過(guò)噴絲孔擠出得到的擠出物經(jīng)空氣層進(jìn)入凝固浴凝固，再經(jīng)過(guò)洗滌、干燥后，得到聚酰胺酸原絲。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行酰亞胺化處理包括以下步驟以氮?dú)鉃閬啺坊h(huán)境，將所述聚酰胺酸原絲進(jìn)行升溫?zé)崽幚怼?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理溫度為50°C 500°C；所述升溫的速度為l°c /min 10°C /min。
10.根據(jù)權(quán)利要求2 9任意一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述熱牽伸的牽伸溫度為350°C 550°C，所述熱牽伸的牽伸倍率為2. 2 5. 5倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺纖維，包含式(I)結(jié)構(gòu)所示的第一重復(fù)單元、式(II)結(jié)構(gòu)所示的第二重復(fù)單元和式(III)結(jié)構(gòu)所示的第三重復(fù)單元其中，第一重復(fù)單元、第二重復(fù)單元和第三重復(fù)單元的摩爾比為(0.60～0.90)∶(0.05～0.20)∶(0.05～0.20)。本發(fā)明還提供了一種聚酰亞胺纖維的制備方法。在本發(fā)明中，對(duì)苯二胺、4，4′-二苯醚二胺、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和聯(lián)苯四酸二酐能夠發(fā)揮協(xié)同作用，使得制備得到的聚酰亞胺纖維具有良好的纖維斷裂強(qiáng)度和模量。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明提供的聚酰亞胺纖維的纖維斷裂強(qiáng)度可達(dá)3.20GPa，模量可達(dá)140GPa，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)2.60％。
文檔編號(hào)D01F6/78GK102191581SQ20111007562
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者李國(guó)民, 邱雪鵬, 馬曉野, 高連勛, 黃森彪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所