[发明专利]一种聚酰胺酸和其聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚酰胺酸和其聚酰亚胺纤维及其制备方法。所述聚酰胺酸具有下式1所示结构，其中Ar为含桥联结构的芳香族残基；m为具有式2结构的重复单元在所述聚酰胺酸中的摩尔比例，0.6≤m≤0.9。本发明的聚酰亚胺纤维的断裂强力大于3.0GPa，模量大于100GPa，断裂伸长率大于4％，解决了现有技术中存在高强高模型聚酰亚胺纤维亚胺化过程中较脆，断裂伸长率普遍较低，不利于连续生产和进一步加工的问题。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺领域，具体地说，是涉及一种聚酰胺酸和其聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide，PI)纤维作为高性能有机纤维，具备高强、高模、耐高低温、耐辐射等优异性能，适合高温、高热等极端条件下使用，在航空航天、海洋工程、先进轨道交通和高温过滤等领域有极其重要的应用。

随着科技的发展，PI纤维应用范围不断扩大，日益渗透到从民用、工业到国防的各个领域，更高的强度和模量成为一个重要且具有挑战性的追求目标。但全球PI纤维技术主要集中在国外，对中国限量出口。而国内纤维缺乏高性能产品，应用主要集中在耐热和耐辐射领域，质量不稳定，机械性能普遍较差、毛丝断丝多，制约了其市场推广。

目前高强高模型聚酰亚胺纤维主要通过共聚或引入杂环二胺，为聚合物带来更高的刚性或氢键以提供分子链间作用，从而影响聚合物中分子链的排列、结晶性，为聚酰亚胺纤维赋予更高的力学性能。但这类分子结构中杂环和苯环密度较高，刚性较大，存在亚胺化过程中纤维脆性大，断裂伸长率普遍较低，容易出现断裂，不利于连续生产和进一步加工的问题。

发明内容

本发明主要解决现有技术问题之一是现有技术中存在高强高模型聚酰亚胺纤维亚胺化过程中纤维脆性大，断裂伸长率普遍较低，容易出现断裂，不利于连续生产和进一步加工的问题。

本发明涉及的高强高模纤维在主链上引入杂环单体和含桥联结构的芳香族二胺单体，在引入氢键、增强分子链间作用力同时，引入桥联结构，其中的醚键、羰基、砜基等柔性基团可以降低分子链内旋转能垒，增大自由体积，增加聚合物分子主链的柔性，有利于亚胺化过程中提高纤维的牵伸倍数，使PI纤维具有更大的取向度和力学性能，克服上述不足，进一步提高纤维的力学性能，生产连续性好，有利于后续加工。

本发明目的之一为提供一种聚酰胺酸，具有下式(1)所示结构：

其中，Ar为含桥联结构的芳香族残基；

m为具有式(2)结构的重复单元在式(1)结构的聚酰胺酸聚合物结构中的摩尔比例，0.6≤m≤0.9，优选地，0.7≤m≤0.8。

本发明所述聚酰胺酸中，所述Ar优选以下结构式中所示的芳香族残基中的一种：

其中，R₁优选为H-、CH₃-、Cl-、Br-、F-、CH₃O-。

本发明目的之二为提供所述聚酰胺酸的制备方法，包括以下步骤：

将二胺单体和3,3’4,4’-联苯四甲酸二酐进行缩聚反应得到所述聚酰胺酸，其中所述二胺单体包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和含桥联结构的芳香族二胺单体。

优选地，所述制备方法包括将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(BIA)、含桥联结构的芳香族二胺单体和3,3’4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)在有机溶剂中混合，进行缩聚反应后得到聚酰胺酸溶液。优选地，缩聚反应的温度为-10℃～50℃，反应的时间为1～10h。

所述有机溶剂优选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和环丁砜等强极性非质子溶剂中的至少一种。