[发明专利]聚酰亚胺纤维制备方法

说明书

本发明涉及一种聚酰亚胺纤维的制备方法，主要解决现有技术中存在采用两步法制备聚酰亚胺纤维时，聚酰胺酸溶液粘度不稳定以及分子量过高、粘度过大而造成过滤困难纺丝不稳定的问题。本发明通过一种聚酰亚胺纤维的制备方法，包括如下几个步骤：将聚合原料二胺、溶剂和调节剂加入反应器，在氮气保护下溶解，在‑10～40℃下加入四羧酸二酐反应2～10小时得到聚酰胺酸原液，原液经减压脱除气泡后，经过过滤得到聚酰胺酸纺丝原液，原液采用湿法纺丝工艺进行纺丝，经凝固、水洗、上油、干燥致密化后收得原丝，将原丝经过亚胺化、热牵伸后可以得到高致密性、高强度的聚酰亚胺纤维的技术方案较好的解决了该问题，可用于聚酰亚胺纤维的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺纤维的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维作为高性能纤维的一个品种，因其大分子主链中有大量含氮五元杂环、苯环等，而且芳环中的碳和氧以双键相连，再加上芳杂环产生共轭效应，使主链键能大，分子间作用力也大。这样，当聚酰亚胺纤维受到高能辐射时，纤维大分子吸收的能量很难大于使分子链断裂所需的能量，而使纤维表现出许多优良的性能，除具有高强高模的特点外，还具有优良的耐热性能、介电性能、耐低温性能、耐辐射性能等特点，使得它可在航空航天、电气绝缘、原子能工业、国防建设、环境产业、防护产业、医疗卫生等条件非常严酷的领域中得到广泛的应用，尤其是在一些高尖端领域。

聚酰亚胺纤维可以通过聚酰胺酸由两步法制得或通过聚酰亚胺由一步法制得，所以其聚合工艺包括聚酰胺酸的聚合和聚酰亚胺的聚合。一步法是单体不经由聚酰胺酸而直接聚合成PI。主要缺点是采用酚类溶剂，毒性大，要得到较高力学性能的聚酰亚胺纤维比较困难。因此，二步法纺制聚酰亚胺纤维是研制聚酰亚胺纤维以来一直普遍使用的方法。其合成方法是二酐和二胺在相对较低的温度下逐步聚合形成可溶性的聚酰胺酸溶液，第一步是将聚酰胺酸的浓溶液经湿法或干湿法喷丝得到聚酰胺酸纤维,第二步是将第一步纺制的聚酰胺酸纤维再通过加热脱水环化(亚胺化反应)形成聚酰亚胺纤维，或加入催化剂脱水环化得到聚酰亚胺纤维。

为了得到性能优异的聚酰亚胺纤维，就要选择性能优异的纺丝原液体系。而性能优良的聚酰胺酸原液应当具备以下性能：适中的分子量、适当的粘度、良好的可纺性等。聚酰胺酸溶液在聚合过程中往往将二胺与四酸二酐进行等当量配比，采用传统的一次性投料的方法，由于聚合速度过快，聚合产生的热量在短时间内不易扩散，容易引起局部凝胶，从而造成最终聚合物溶液粘度控制不稳定，粘度过大等问题。这种高粘度溶液一方面会使聚合所需搅拌功率增大，增加设备能耗，另一方面不利于纺丝成型，因此，大多数人都采用高温静置的方法使溶液部分降解来达到可纺粘度范围。此外，如日本公开专利号：1982-131248中所述，也可以通过在聚合物溶剂中添加水，通过水解二酐单体而形成羧酸基来对聚合物分子链进行封端，从而达到控制聚合物溶液粘度的目的。虽然，在这种聚合方式中二胺类和四羧酸二酐类单体总的摩尔量相等，但在这种方法中由于二胺类单体和四羧酸二酐类单体之间的反应与水和四羧酸二酐类单体之间的反应属于竞争性反应，二酐单体的水解程度无法控制，从而导致在聚合过程中聚合物溶液的粘度很难控制稳定。

发明内容

本发明涉及一种聚酰亚胺纤维的制备方法，主要解决现有技术中存在采用两步法制备聚酰亚胺纤维时，聚酰胺酸溶液粘度不稳定以及分子量过高、粘度过大而造成过滤困难纺丝不稳定的问题。该方法所制备的聚酰胺酸溶液具有合适的纺丝粘度，溶液中凝胶较少以及粘度稳定,能更好的适用于聚酰亚胺纤维纺丝工艺的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)原液制备：将聚合原料二胺、溶剂和加入反应器，在惰性气体保护下溶解，在-10～40℃温度下加入四羧酸二酐反应2～10小时得到聚酰胺酸原液，原液经减压脱除气泡后，经过滤得到聚酰胺酸纺丝原液，纺丝原液固含量为5％～30％，特性粘度为1.3～2.5dL/g，25℃时的表观粘度为50～250Pa·S，纺丝原液温度为0～40℃；