[发明专利]一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维是一种新型特种纤维，指分子链中含有芳酰亚胺的纤维。聚酰亚胺纤维具有高强度、高模量、耐高温、阻燃、防辐射、耐化学腐蚀等优点，在原子能工业、空间环境、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业以及防护用具等领域具有良好的应用前景。

现有的聚酰亚胺纤维的制备方法包括一步法和两步法两种，一步法是指采用聚酰亚胺溶液直接进行纺丝制备聚酰亚胺纤维，这种方法纺制的原丝无需再进行酰胺化，工艺流程短，得到的聚酰亚胺纤维力学性能高，但是这种方法要求聚酰亚胺聚合物具有可溶性，且所使用的溶剂一般为毒性较大的对氯苯酚等酚类溶剂，导致其制备成本非常高，不利于工业化应用，也降低了聚酰亚胺纤维的耐热性能和耐溶剂性能。两步法是先将二胺和二酐进行缩聚反应生成聚酰胺酸原液，然后进行纺丝，再将原丝进行亚胺化处理最后得到聚酰亚胺纤维，这种方法由于成本低廉，适于工业化开发而获得了广泛的应用。

在采用两步法制备聚酰亚胺纤维时，通常采用原料成本相对较低的4，4′-二氨基二苯醚(ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)为原料，如Seung Koo Park等开发的PMDA-ODA型聚酰亚胺纤维，其拉伸强度为0.40GPa，初始模量为5.2GPa(Park S.k，Farries R.J.Polymer，2001，42，10087)。美国专利文献US5023034公开了一种PMDA-ODA型聚酰亚胺纤维，其拉伸强度为0.21GPa，初始模量为3.5GPa。由此可见，以ODA和PMDA为原料制备的聚酰亚胺纤维虽然成本较低，但是力学性能也较差。现有技术通常通过在聚酰亚胺分子链中引入其他结构来提高聚酰亚胺纤维的力学性能，如申请号为200810051095.4的中国专利文献公开了一种以ODA、PMDA和3，4′-联苯二酐为原料制备的聚酰亚胺纤维，由于引入了联苯结构，其纤维断裂强度为1.3GPa，模量为20.6GPa；同时公开了一种以对苯二胺、2，2′-二(三氟甲基)-4，4′-联苯二胺和PMDA为原料制备的聚酰亚胺纤维，其纤维断裂强度为0.6GPa，模量为14.6GPa。虽然上述聚酰亚胺纤维的力学性能有所提高，但是其力学性能仍不够高。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺纤维及其制备方法，本发明提供的聚酰亚胺纤维具有良好的力学性能，尤其具有较高的强度。

本发明提供了一种聚酰亚胺纤维，包含具有式(I)结构的聚合物：

其中，m为具有式(II)结构的重复单元在所述具有式(I)结构的聚合物结构中的比例，0.8≤m≤0.95：

本发明还提供了一种上述技术方案所述的聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：

将对苯二胺、4，4′-二氨基二苯醚和3，3′，4，4′-联苯四酸二酐在有机溶剂中混合，进行缩聚反应后得到聚酰胺酸纺丝原液，所述对苯二胺的摩尔数与所述对苯二胺和4，4′-二氨基二苯醚的总摩尔数的比例为0.8～0.95；

将所述聚酰胺酸纺丝原液进行纺丝，得到聚酰胺酸原丝；

将所述聚酰胺酸原丝进行酰亚胺化处理，得到聚酰亚胺初生纤维；

对所述聚酰亚胺初生纤维进行热牵伸处理，得到聚酰亚胺纤维。

优选的，所述对苯二胺和4，4′-二氨基二苯醚的总摩尔数与所述3，3′，4，4′-联苯四酸二酐的摩尔数的比例为1∶0.95～1.05。

优选的，所述有机溶剂为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

优选的，所述缩聚反应的温度为-10℃～50℃；所述缩聚反应的时间为3h～10h。

优选的，所述聚酰胺酸纺丝原液中，所述聚酰胺酸的质量浓度为5％～30％。

优选的，将所述聚酰胺酸纺丝原液进行纺丝具体包括以下步骤：

将所述聚酰胺酸纺丝原液过滤、真空脱泡后，通过喷丝孔挤出；

将通过喷丝孔挤出得到的挤出物经空气层进入凝固浴凝固，再经过洗涤、干燥后，得到聚酰胺酸原丝。

优选的，将所述聚酰胺酸原丝进行酰亚胺化处理具体包括以下步骤：

以氮气为亚胺化环境，将所述聚酰胺酸原丝进行升温热处理。

优选的，所述热处理温度为50℃～400℃；所述升温的速度为1℃/min～10℃/min。

优选的，所述热牵伸的牵伸温度为350℃～550℃，所述热牵伸的牵伸倍率为2～4倍。