[发明专利]一种高性能聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能聚酰亚胺纤维及其制备方法，包括：制备聚酰亚胺纺丝溶液；将此纺丝溶液进行过滤和真空脱气，然后由氮气加压或者螺杆挤出机输送至纺丝组件中采用干喷湿法纺丝，所得纤维经空气段后进入凝固浴，经导丝辊牵引在凝固浴中凝固，之后在水洗浴进行充分洗涤，然后收丝干燥得到初生聚酰亚胺纤维；将此初生纤维再经三段或以上的炉段进行热定型，最后进行收丝，即可获得聚酰亚胺纤维。本发明的制备方法解决了传统一步法可溶性单体的限制问题，在低毒性溶剂多聚磷酸中开创了新的合成体系，并采用一体化纺丝工艺一步法制备出高性能聚酰亚胺纤维，工艺简单，生产连续稳定，有利于规模化。

技术领域

本发明属于有机纤维的技术领域，尤其是涉及高性能聚酰亚胺纤维的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维是一种性能优异的高性能有机纤维，具有优异的耐温性、耐辐射性、耐腐蚀性、机械性能、尺寸稳定性和介电性能。因此它可以被广泛的应用于航空、航天、电子、信息、军工等多个领域，具有强劲的发展势头和广阔的应用前景。聚酰亚胺纤维的制备方法现在主要采用两步法。首先是在有机溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)中用二酐和二胺合成聚酰胺酸，然后通过干法、湿法或干喷湿法制备出初生纤维，再经过加热脱水成环转变为聚酰亚胺纤维。这种方法在后期亚胺化处理的过程中由于水分子的放出很容易造成微孔等缺陷，影响纤维性能。而一步法无需再进行亚胺化处理，这样就可以避免两步法后期造成的纤维微孔问题，从而使聚酰亚胺纤维保持较高的力学性能，但是目前一步法大多采用高毒性的酚类化合物作为溶剂，环境污染严重，成本较高，限制了其进一步发展应用。多聚磷酸具有很好的溶解性能，曾被用作合成PBI、PBZT、PBO等一些具有刚性链段的难溶高性能聚合物，使用新型溶剂低毒性多聚磷酸(PPA)作为反应介质，并以常见的反应单体来合成聚酰亚胺，以期获得聚酰亚胺新的合成体系，是现在热门的研究课题之一。

发明内容

本发明所需要解决的问题，就是提供一种利用一步法连续稳定制备聚酰亚胺纤维的方法。

本发明的目的之一在于开创了新的合成体系，解决了聚酰亚胺可溶性单体受限的问题。

本发明的目的之二在于提供一种高性能聚酰亚胺纤维的制备方法。

本发明提供了一种聚酰亚胺纤维的制备方法，其特征在于：先合成溶剂多聚磷酸溶液，之后由二酐与二胺单体在多聚磷酸中进行聚合，然后按照一体化工艺进行纺丝，纤维依次经过凝固、清洗、热拉伸定型，最后收卷得到聚酰亚胺纤维，具体包括以下步骤：

A：在惰性气体中，将五氧化二磷与多聚磷酸在100-140℃下混合搅拌，得到质量分数为80％-85％的多聚磷酸溶液，然后依次将二胺与二酐单体分别按总摩尔比为1：0.95—1：1.05的配比加入反应容器中进行聚合，反应体系在150-180℃进行1-5h的预聚合，得到预聚合溶液；

B：完成步骤A后，将反应装置温度设置为180-220℃进行聚合，反应时间为0.5-10h，最终得到固含量为5％-20％的聚酰亚胺纺丝溶液，然后进行过滤和真空脱泡；

C：完成步骤B后，将聚酰亚胺纺丝液由氮气加压或者螺杆挤出机输送到纺丝组件中，得到浆料原丝，先经过一段空气隙，然后纤维经导丝辊牵引后在凝固浴中凝固，再经二段或以上的清洗浴进行充分清洗，然后通过三段或以上的炉段进行热拉伸定型，最后通过卷绕设备进行收丝得到聚酰亚胺纤维。

步骤A中所述的二胺单体为：

中的一种或几种。

步骤A中所述的二酐单体为：

中的一种或几种。

步骤C中所述的凝固浴和清洗浴为水或水与磷酸、氢氧化钠、碳酸氢钠这些溶剂中的一种或几种。