[发明专利]一种高模量聚酰亚胺纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高性能纤维技术领域，具体地说，涉及一种高模量聚酰亚胺纤维及其制备方法和应用。所述的高模量聚酰亚胺纤维的拉伸模量为120‑160GPa，断裂强度为2000‑2800MPa，断裂伸长率为1.5‑2.5％，界面剪切强度为30‑60MPa，热分解温度为610‑680℃。本发明所提供的高模量聚酰亚胺纤维的制备方法为：将聚酰亚胺纤维采用混合碱液进行碱解，所述的混合碱液为氢氧化钾与N,N‑二甲基乙酰胺的混合水溶液。与现有技术相比，本发明提供的高模量化聚酰亚胺纤维的制备方法经济、环保，制得的高模量聚酰亚胺纤维性能价格比优良，可以广泛应用于防护服、电子柔性显示，及航天航空复合材料等方面，可以得到广泛应用。

技术领域

本发明属于高性能纤维技术领域，具体地说，涉及一种高模量聚酰亚胺纤维及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，聚酰亚胺材料的发展迅猛，主要包括脂肪族类聚酰亚胺、芳香族聚酰亚胺。其中芳香族聚酰亚胺纤维具有优异的热稳定性、力学性能以及良好的耐化学腐蚀性。通常情况下，芳香族聚酰亚胺可以在-196～450℃的温度区间范围内保持良好的性能，因此芳香族聚酰亚胺的使用温度范围远高于其他聚合物材料。此外，芳香族聚酰亚胺在不添加阻燃剂的情况下还具有优异的耐烧蚀性。

经过一步法或两步法制备得到的聚酰亚胺纤维具有诸多良好的性能，而在聚酰亚胺的纺丝过程中常用湿法纺丝或干喷湿纺的方式，但是制备得到的聚酰亚胺纤维的高玻璃化转变温度、不溶性，以及纤维的刚性主链，使得难以通过后处理的方式(如温度场和应力场)对聚酰亚胺进行进一步的高模量化制备。

目前针对柔性显示材料、纺织品及复合材料的制备都需要纤维具有较高的模量、强度并且安全、耐用等性能特点，以满足从具有防护性能的服装织物到电子柔性显示领域，乃至航天航空领域中复合材料中对纤维较为苛刻的性能要求。因此，开发具有高模量的聚酰亚胺纤维，并推进其向高性能化、功能化发展具有重要的实际应用价值。

目前对纤维的改性方法主要包括：偶联剂法、辐照改性法、化学改性法、等离子体处理法以及碱解法。

申请号为CN201610506189.0的中国专利公开了一种聚酰亚胺纤维表面活化的连续化处理方法。该方法利用表面处理液、中和处理液对聚酰亚胺纤维进行表面处理后在聚酰亚胺纤维表面进行接枝，增加了纤维的表面粗糙度，从而实现了纤维表面活性的明显改善，也提高了聚酰亚胺纤维与树脂基体的界面结合性。

申请号为CN201410664198.3的中国专利公开了一种在聚酰亚胺纤维中加入经表面改性处理的纳米二氧化硅，通过二氧化硅与聚酰亚胺的杂化及其相应的纺丝与湿牵伸、热酰亚胺化和热牵伸处理等工艺技术，提高聚酰亚胺纤维的强度、模量、热稳定性和抗水性能。

申请号为CN201410449422.7的中国专利公开了一种利用等离子体对纤维进行处理，并将处理后的纤维与含有接枝剂的溶液混合，得到表面改性的纤维。改性后的聚酰亚胺纤维强度不会受到损伤，同时提高了纤维与树脂的浸润性及界面剪切强度。

申请号为CN201410172072.4的中国专利公开了一种利用等离子体(如氧气、氮气、氩气或氦气)对聚酰亚胺纤维进行改性的方法。该发明在保证纤维的机械性能下降小于5％的情况下，改善了纤维的浸润性能，同时纤维的表面自由能提高了20％-70％，从而可以应用于制备环氧树脂复合材料，该材料的层间剪切强度相对提高了5-40％。

申请号为CN200810051689.5的中国专利公开了一种导电聚酰亚胺纤维的制备方法。通过对预处理的聚酰亚胺纤维采用粗化剂使其结构改性，随后将聚酰亚胺浸入氯化亚锡、银氨溶液或氯化钯溶液中使其表面吸附一层锡离子、银或钯；或是镀铜、镀镍从而制备导电的聚酰亚胺纤维。该方法既保持聚酰亚胺纤维的耐高温、柔韧、耐弯折的特点，又使聚酰亚胺纤维具有了金属的一些性能，从而可以在防静电织物、屏蔽织物和柔性电缆等多种领域中得到应用。