專利名稱：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度、高模量、耐高溫、阻燃、防輻射、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，在原子能工業(yè)、空間環(huán)境、航空航天、國防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè)以及防護用具等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。70年代，美國阿約翰公司的D. S. G在實驗室研制成功了聚酰亞胺2080纖維，簡稱 PIM2080，該纖維制造工藝簡單，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，主要用作高溫過濾和防護服，也可以用作密封材料和絕緣材料。法國的 Phone-Poulence公司也推出了一種聚酰胺-聚酰亞胺纖維Kernel，型號為235AGF，該纖維的主要特點是不燃、不熔、不形成微粒、受熱不收縮、機械力較強、耐酸和耐有機溶劑，可用作安全毯、座位防護罩、防護服和高溫過濾材料等。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。 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行紡絲制備聚酰亞胺纖維，如申請?zhí)枮?2112048. X的中國專利文獻、專利號為US4370290的美國專利文獻和US5378420的美國專利文獻公開的聚酰亞胺的制備方法均為一步法。一步法紡制的原絲無需再進行酰胺化，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氯苯酚等酚類溶劑，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行縮聚反應(yīng)生成聚酰胺酸原液， 然后進行紡絲，再將原絲進行亞胺化處理最后得到聚酰亞胺纖維，如專利號為JP3287815 的日本專利文獻和專利號為JP4018115的日本專利文獻公開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，同時由于合成原料來源廣泛，適于工業(yè)化開發(fā)而獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，相對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纖維的強度高達 4. OGPa 5. 5GPa,模量高達130GPa 160GPa，Rusar纖維的強度高達6GPa。申請?zhí)枮?00710050651. 1的中國專利文獻也公開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45. 2GPa 220GPa，但是其纖維斷裂強度，即纖維斷裂強度僅為 0. 73GPa 1. 53GPa，仍有待進一步提高。

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)苯四酸二酐在有機溶劑中混合，進行縮聚反應(yīng)后得到聚酰胺酸紡絲原液，所述對苯二胺、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行紡絲，得到聚酰胺酸原絲；將所述聚酰胺酸原絲進行酰亞胺化處理，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行紡絲包括以下步驟將所述聚酰胺酸紡絲原液過濾、真空脫泡后，通過噴絲孔擠出；將通過噴絲孔擠出得到的擠出物經(jīng)空氣層進入凝固浴凝固，再經(jīng)過洗滌、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行酰亞胺化處理包括以下步驟以氮氣為亞胺化環(huán)境，將所述聚酰胺酸原絲進行升溫?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度和模量。實驗表明，本發(fā)明提供的聚酰亞胺纖維的纖維斷裂強度可達3.20GPa，模量可達140GPa，斷裂伸長率可達2.60％。
文檔編號D01F6/78GK102191581SQ20111007562
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者李國民, 邱雪鵬, 馬曉野, 高連勛, 黃森彪 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所