[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110222300.0
• 申請(qǐng)日: 2011-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN102345177A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武德珍;牛鴻慶;齊勝利;韓恩林;閆曉娜;趙昕;吳戰(zhàn)鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F6/78
• 分類號(hào): D01F6/78;C08G73/10;D01D1/02;D01D5/04;D01D5/06;D01D5/12;D01D10/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高性能有機(jī)纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

聚酰亞胺(PI)纖維作為高性能纖維的一個(gè)品種，具有高強(qiáng)高模、耐高溫、耐低溫和耐輻射等高性能，并且還具有良好的生物相容性和介電性能，可望在原子能工業(yè)、空間環(huán)境、救險(xiǎn)需要、航空航天、國防建設(shè)、新型建筑、高速交通工具、海洋開發(fā)、體育器械、新能源、環(huán)境產(chǎn)業(yè)及防護(hù)用具等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

目前聚酰亞胺纖維的制備主要包括一步法和兩步法。其中一步法技術(shù)路線為：以聚酰亞胺溶液為紡絲漿液，通過濕法或干濕法紡制聚酰亞胺纖維，纖維經(jīng)初步拉伸后有一定的強(qiáng)度，去除溶劑后，進(jìn)行熱拉伸和熱處理(300℃一500℃)，可得到高強(qiáng)高模的聚酰亞胺纖維。該方法紡絲工藝簡單，但從目前聚酰亞胺的合成來看，普遍使用的溶劑是酚類，酚類溶劑(如甲酚、對(duì)氯苯酚)不僅毒性較大，而且在纖維中的殘余量較大，很難去除干凈，不利于環(huán)保，工業(yè)化很困難，另外，一步法技術(shù)對(duì)聚酰亞胺的可溶性有很高的要求，這就大大降低了聚酰亞胺纖維的耐腐蝕性能和耐熱性能。；國家發(fā)明專利ZL?02112048.X，美國專利US?4,370,290和US?5,378,420都公開了采用一步法制備聚酰亞胺纖維方法。另一種是兩步法技術(shù)路線：首先將聚酰胺酸的濃溶液經(jīng)濕法或干濕法噴絲得到聚酰胺酸纖維，然后將第一步紡制的聚酰胺酸纖維經(jīng)化學(xué)環(huán)化或熱環(huán)化得到的聚酰亞胺纖維。如日本公開特許公報(bào)JP3287815、JP4018115均采用該法制備聚酰亞胺纖維。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：解決了聚酰亞胺纖維不熔不溶帶來的加工性難題，合成原料及溶劑種類多、毒性小，纖維中溶劑殘余量低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是該方法制備的聚酰亞胺纖維一般力學(xué)性能較低。

申請(qǐng)?zhí)枮?00710050651.1的中國專利申請(qǐng)公開了一種含有苯并咪唑結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺纖維及其制備方法，該方法是將2-(4-胺基苯基)-5-胺基苯并咪唑和二酐按摩爾比1∶1的配比制備聚酰胺酸紡絲溶液，再將聚酰胺酸紡絲溶液進(jìn)行紡絲制備出聚酰胺酸原絲，最終將聚酰胺酸原絲進(jìn)行熱亞胺化得到聚酰亞胺纖維，其拉伸強(qiáng)度為0.73～1.53GPa，初始模量為45.2～220GPa；申請(qǐng)?zhí)枮?01010572496.1的中國專利申請(qǐng)公開了一種以聯(lián)苯四酸二酐、對(duì)苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑?yàn)樵现苽涞木埘啺防w維及其制備方法，具體為將摩爾比為0.8～0.95∶0.05～0.2的對(duì)苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑與聯(lián)苯四酸二酐溶于溶劑中制備聚酰胺酸紡絲溶液，然后將聚酰胺酸紡絲溶液進(jìn)行紡絲制備得到聚酰胺酸纖維，再將聚酰胺酸纖維進(jìn)行干燥、熱環(huán)化和熱牽伸制備得到聚酰亞胺纖維，其強(qiáng)度為2.5GPa。以上兩種方法均通過加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑來改善聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能，并使其力學(xué)性能有了較大的提高，但還沒有達(dá)到高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維的性能要求，在合成方法和制備工藝上都需要有較大的突破和改變。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題是克服上述制備方法中的不足，進(jìn)一步提高聚酰亞胺纖維的力學(xué)性能，使其達(dá)到高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維的性能求。

本發(fā)明提供了一種由聯(lián)苯二酐(BPDA)、對(duì)苯二胺(pPDA)和2-(4-胺基苯)-5-胺基苯并咪唑(BIA)無規(guī)共聚得到的聚酰亞胺纖維，其中對(duì)苯二胺與2-(4-胺基苯)-5-胺基苯并咪唑的摩爾比為1∶10～3∶1，制備得到的聚酰亞胺纖維拉伸強(qiáng)度為3.0～4.5GPa，初始模量為110～201GPa。

在上述的聚酰亞胺纖維中還包括與其它二胺或/和二酐單體的共聚，其它二胺加入量與對(duì)苯二胺、2-(4-胺基苯)-5-胺基苯并咪唑總加入量的摩爾比為1∶10～1∶4；其它二酐與聯(lián)苯二酐的摩爾比為：1∶10～3∶7。

這些二胺和二酐為本領(lǐng)域人員用于合成聚酰亞胺的各種二胺和二酐單體，其通式如下：

H₂N——R——NH₂

其中R和R₁代表本領(lǐng)域二胺和二酐單體中常規(guī)的結(jié)構(gòu)基團(tuán)，例如芳香族基團(tuán)及雜環(huán)結(jié)構(gòu)等。

本發(fā)明還提供了一種上述聚酰亞胺纖維的制備方法，包括以下步驟：

A：將對(duì)苯二胺、2-(4-胺基苯)-5-胺基苯并咪唑、聯(lián)苯二酐，按二胺與二酐總摩爾比1∶0.95～1∶1.05進(jìn)行配比，其中對(duì)苯二胺與2-(4-胺基苯)-5-胺基苯并咪唑的摩爾比為1∶10～3∶1；