[发明专利]热塑性聚酰亚胺模塑料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种热塑性聚酰亚胺模塑料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是目前商业化的高性能聚合物中综合性能最好的品种之一，被业界称为“解决问题的能手”。

聚酰亚胺包括热固性聚酰亚胺和热塑性聚酰亚胺，其中热固性聚酰亚胺主要用于制造高性能的复合材料，而热塑性聚酰亚胺则主要用于薄膜或者工程塑料。

热塑性聚酰亚胺与热固性聚酰亚胺相比，具有良好的加工成型性（如挤出、注塑、模压等），除了在传统的航空航天、兵器舰船等军工领域外，在高端民用市场中也有着广泛的应用前景，是取代热固性聚酰亚胺最为理想的材料。

现有的高耐温（Tg在250℃～260℃）热塑性聚酰亚胺模塑料存在以下不足：（1）力学性能不佳，如中国专利文献CN102492141A公开的可溶性聚酰亚胺模塑料的拉伸强度为119MPa，弯曲强度为168MPa，压缩强度为160MPa，断裂伸长率为21%，无缺口冲击强度为250kJ/m²。（2）纯度不高，模塑料能明显看出存在外来异物。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种纯度较高、力学性能优异的热塑性聚酰亚胺模塑料的制备方法。

本发明的技术构思之一在于：现有的热塑性聚酰亚胺模塑料的力学性能不佳的原因主要是：（1）聚酰胺酸溶液的粘度不高，进而影响最终模塑料的力学性能；（2）热模压成型的模塑料存在加热、导热和冷却不均匀等热历史，从而使得模塑料内应力不能得到松弛释放，分子主链结构也不能得到有序排列。

本发明的技术构思之二在于：现有的热塑性聚酰亚胺模塑料纯度不高的原因主要是：聚酰胺酸溶液中含有凝胶颗粒和机械杂质，直接进行亚胺化则使得这些颗粒和杂质残留在最终的模塑料中。

实现本发明目的的技术方案是：一种热塑性聚酰亚胺模塑料的制备方法，包括聚酰胺酸溶液的制备、亚胺化以及热模压成型。

所述聚酰胺酸溶液的制备是在具有螺旋-螺带搅拌器的反应釜中进行的，所制备的聚酰胺酸溶液的（旋转）粘度为45000mPa·S（25℃）～55000mPa·S（25℃）。

所述聚酰胺酸溶液具体制备过程如下：采用等摩尔的4,4'-氧双邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚为原料，在氮气保护下、在非质子性有机溶剂的存在下、在环境温度下（0～40℃，下同）进行聚合反应。

其中4,4'-氧双邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚的总重量与非质子极性溶剂的重量之比为1∶3～1∶6；非质子性极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）或者二甲基亚砜（DMSO）。

在亚胺化前需要对聚酰胺酸溶液进行精制，过程如下：通过一连接管将高速组织捣碎机釜的进料口与反应釜的出料口连接，并在该连接管中放置一350目的不锈钢滤网芯；用氮气将达到上述粘度的聚酰胺酸溶液从反应釜中压滤至高速组织捣碎釜中。

所述的亚胺化包括化学亚胺化和热亚胺化。

所述的化学亚胺化的过程是：在将聚酰胺酸溶液压滤至高速组织捣碎釜后，向高速组织捣碎釜中加入催化剂和脱水剂，快速搅拌使固体析出，离心分离后得到固体。所述的催化剂为吡啶和/三乙胺，所述的脱水剂为乙酸酐。

所述的热亚胺化则是将化学亚胺化得到的固体先进行真空干燥，再进行热亚胺化，得到热塑性聚酰亚胺树脂粉。真空干燥温度为150℃～170℃，时间为1h～3h。亚胺化温度为230℃～270℃，时间为1h～3h。

所述热模压成型的温度为370℃～390℃，热压压力为35MPa～85MPa，时间为0.5h～1.5h。

为了进一步提高模塑料产品的力学性能，本发明的制备方法还包括在热模压成型后，对得到的模塑料进行退火处理；退火处理温度为200℃～260℃，时间为3h～6h。