[发明专利]一种高比表面积聚酰亚胺沉析纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种高比表面积聚酰亚胺沉析纤维的制备方法，制备：将初始聚酰亚胺沉析纤维悬浮液中不断加入非溶剂，经逐步凝固完善沉析纤维成形，经洗涤，过滤，干燥，得到高比表面积聚酰亚胺沉析纤维。本发明采用逐步凝固工艺，向初始凝固剂中不断加入非溶剂，提高凝固剂凝固性能，使稀释溶解在初始凝固剂中聚酰亚胺继续沉析出来，完善初始沉析纤维成形，所制备的聚酰亚胺沉析纤维不仅具有聚酰亚胺耐高低温、耐辐照、绝缘等性能，而且具有更高的比表面积，性能更加优异。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺沉析纤维的制备领域，特别涉及一种高比表面积聚酰亚胺沉析纤维的制备方法。

背景技术

高性能纸具有优异的耐热性能、绝缘性能、化学稳定性，广泛应用于航空航天、高铁、通讯、电机、电缆、化工等领域，也可制备层压制品、复合材料等。目前市面上高性能纸主要以芳纶纤维为原料制备，代表商品为杜邦公司NOMAX纸，该绝缘纸对高温绝缘行业产生了巨大的影响。随着我国科学技术的不断进步，对绝缘纸的需求量越来越大，对其耐高温性能也提出了新的要求，现阶段芳纶纸愈发不能满足行业对耐热性能的要求。

聚酰亚胺具有相比芳纶更好的耐热性能，可以在300℃左右长期使用，还具备优异的绝缘性能、耐低温性能、耐辐照性能以及化学稳定性，可以在原子能工业、空间环境、航空航天、高速交通工具、防护用具等严酷环境中广泛使用。因此纯聚酰亚胺纸能够耐更高的温度，在高温绝缘领域具有更大的应用前景。

聚酰亚胺绝缘纸主要由聚酰亚胺短纤和其它高性能沉析纤维如芳纶、聚酯、等混合抄造而成，或者加入胶黏剂，而加入其它种类聚合物，势必会降低聚酰亚胺纸的耐热性能，如CN102953288A，CN106436441A、CN106436441A，由于混入芳纶、胶黏剂等，使得纸张耐热性能降低，导致聚酰亚胺的优越性能较难体现。因此制备高比表面积的聚酰亚胺沉析纤维成为关键。目前聚酰亚胺沉析纤维的制备工艺尚不成熟，现有技术中主要有两种方法制备聚酰亚胺沉析纤维，一种为利用较强表面作用力的聚酰胺酸溶液制备聚酰胺酸沉析纤维，然后经过高温热亚胺化后获得聚酰亚胺沉析纤维，如专利CN 105506769 A、CN105672025A、CN106638114A等，由于该工艺中聚酰亚胺沉析纤维并非直接沉析制备，是由前驱体聚酰胺酸沉析纤维热亚胺化后获得，聚酰亚胺沉析的性质完全依赖于聚酰胺酸沉析纤维的形貌与结构，难于直接调控，同时由于热亚胺化过程中沉析纤维的收缩、变形等，导致聚酰亚胺沉析纤维的比表面积小于聚酰胺酸沉析纤维，仅为10-50m²/g，极大地限制了聚酰亚胺沉析纤维的应用，此外，由于聚酰胺酸沉析纤维的热亚胺化会产生水分，导致沉析纤维结团，从而严重影响通过湿法造纸所制备的聚酰亚胺纸的性能；另一种为利用可溶性聚酰亚胺溶液直接沉析获得，如CN107881579A，但由于聚酰亚胺溶液与沉淀剂较弱的相互作用，难以形成具有树枝状结构的超薄絮状结构，尽管可以通过引入酰胺键来提高聚酰亚胺溶液的沉析性能，如CN105239196A，但由于制备方法限制，聚酰亚胺沉析纤维比表面积仅为20～80m²/g。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高比表面积聚酰亚胺沉析纤维的制备方法，为克服现有技术中由聚酰胺酸经高温环化制备聚酰亚胺过程中易使沉析纤维出现收缩、变形、结团等结构变化的缺陷和直接利用聚酰亚胺溶液沉析制备难以形成超薄絮状沉析纤维等不足，本发明通过可溶性聚酰亚胺溶液沉析法制备初始聚酰亚胺沉析纤维，通过向凝固剂缓慢加入非溶剂，提高凝固剂凝固性能，通过逐步凝固工艺完善沉析纤维成形，提高沉析纤维的长度、比表面积。

本发明的一种聚酰亚胺沉析纤维的制备方法，包括：

(1)在氮气保护下，将二胺单体、二酐单体加入非质子极性溶剂中室温反应5-10h，然后加入催化剂后进行阶段升温的聚合反应，聚合反应100℃下聚合3h，升温至120℃聚合3h，再升温至180℃聚合3h，得到固含量为10～20％的聚酰亚胺原液；然后进行过滤、脱泡、稀释得到浓度为1～10wt％的聚酰亚胺溶液，然后注入搅拌的初始凝固剂中，得到初始聚酰亚胺沉析纤维悬浮液；