[发明专利]一种聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维是一种新型的特种纤维，与其它芳香族高性能有机纤维比较具有更高的热稳定性，更高的弹性模量和低的吸水性，可在更严酷的环境中得到应用。聚酰亚胺纤维及织物可广泛应用于宇航、核动力站、可燃气体过滤器、强热源辐射的绝热屏地毯、高温防火保护服、赛车防燃服、装甲部队的防护服和飞行服等。

碳纳米管具有最简单的化学组成及原子结合形态，却展现了最丰富多彩的结构以及与之相关的物理、化学性能。碳纳米管可以用于制备高性能-聚合物复合材料，碳纳米管在聚合物中的取向对材料性能产生影响，可以有效改善纤维材料的力学性能、耐热性能及导电性能。

因此，为了进一步提高聚酰亚胺材料的性能，现有技术常将碳纳米管与聚酰亚胺复合，得到聚酰亚胺-碳纳米管复合材料。对于制备聚酰亚胺-碳纳米管复合材料的方法，主要有共混法和表面接枝法，目前应用较多、效果较好的是表面接枝法，即先对碳纳米管进行表面改性，然后接枝上聚酰亚胺，且常用在聚酰亚胺-碳纳米管复合薄膜材料的制备中。如Composites Science and Technology66(2006)548～554、Composites Science and Technology67(2007)2564～2573和Composites Science and Technology71(2011)1914～1920中均采用了这种表面接枝的方法，制备得到的碳纳米管-聚酰亚胺薄膜，其力学性能、热学性能和电学性能有明显改善。

然而，碳纳米管在聚酰亚胺复合纤维材料中应用的报道鲜见，公开号为CN101187078A的中国专利公开了一种聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维的制备方法，该方法采用溶液共混法制备聚酰胺酸-碳纳米管纺丝溶液，经湿法纺丝、酰亚胺化、牵伸后所得的复合纤维。但该专利并未有对所得产品性能的具体描述，其力学性能、热学性能和电学性能有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维的制备方法，本发明提供的方法得到的复合纤维具有较高的热稳定性和电学性能。

本发明提供了一种聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

a）提供表面改性的碳纳米管；

b）将所述表面改性的碳纳米管与二胺单体和二酐单体在有机溶剂中进行反应，得到聚酰胺酸-碳纳米管复合物；

c）将所述步骤b）得到的聚酰胺酸-碳纳米管复合物进行纺丝，得到聚酰胺酸-碳纳米管复合纤维；

d）将所述步骤c）得到的聚酰胺酸-碳纳米管复合纤维进行酰亚胺化和热牵伸，得到聚酰亚胺-碳纳米管复合纤维。

优选的，所述表面改性的碳纳米管为羧基化碳纳米管、酰氯化碳纳米管和胺基化碳纳米管中的一种或几种。

优选的，所述羧基化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：

将碳纳米管与浓硫酸和浓硝酸进行反应，得到羧基化碳纳米管。

优选的，所述酰氯化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：

将碳纳米管与浓硫酸和浓硝酸进行反应，得到羧基化碳纳米管；

将所述羧基化碳纳米管与酰氯在有机溶剂中进行反应，得到酰氯化碳纳米管。

优选的，所述胺基化碳纳米管的制备方法包括以下步骤：

将碳纳米管与浓硫酸和浓硝酸进行反应，得到羧基化碳纳米管；

将所述羧基化碳纳米管与酰氯在有机溶剂中进行反应，得到酰氯化碳纳米管；

将所述酰氯化的碳纳米管与乙二胺反应，得到胺基化碳纳米管。

优选的，所述二胺单体为4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基联苯、对苯二胺、间苯二氨、4,4’-二氨基-3,3’-二（三氟甲基）联苯、2-（4-氨基苯基）-5-氨基嘧啶、2-氨基-5（4-氨基苯基）-嘧啶、2-（4-氨基苯基）-5-氨基吡啶、2,5-二（4-氨基苯基）嘧啶和2,5-二（4-氨基苯基）吡啶中的一种或几种。

优选的，所述二酐单体为3,4,3’,4’-联苯四甲酸二酐、2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,4,3’,4’-二苯硫醚四甲酸二酐、3,4,3’,4’-三苯双醚四甲酸二酐、4,4’-（六氟亚异丙基）-二酞酸酐、3,4,3’,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、3,4,3’,4’-二苯醚二酐和4,4’-对苯二醚二酐中的一种或几种。