[發明專利]一種纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 202110558298.8
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113201804B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 朱蔭建;許翔
• 申請（專利權）人: 上海邃鑄科技有限公司
• 主分類號: D01F6/78
• 分類號: D01F6/78
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明涉及一種纖維及其制備方法。該纖維將二酐與二胺進行聚合反應，加入硅氧烷和酯化劑，將所得的成纖聚合物溶液通過溶液紡絲的方法擠出，先得到預取向初生纖維，再經過干燥和高溫環化處理，得到高性能聚酰亞胺纖維。在聚酰亞胺大分子鏈上引入硅氧烷結構，硅氧烷結構不僅耐熱性好，且具有一定的柔軟性，將其鍵合到剛性較大的聚酰亞胺分子鏈時，利于大分子的排列取向；同時在聚合/紡絲工藝中引入酯化劑，改善氫鍵效應，提高大分子運動性能，最終可獲得具有更好的機械性能優良，高溫長時間使用性能好，熱尺寸穩定性優良的聚酰亞胺纖維。

技術領域

本發明涉及纖維領域，涉及一種纖維及其制備方法，特別涉及紡絲性能佳，機械性能好，同時具備在高溫使用時尺寸穩定性優良的聚酰亞胺纖維及其制備方法。本發明提供的纖維可應用于紡織、高強復合材料領域。

背景技術

聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領域，因其在性能和合成方面的突出特點，不論是作為結構材料或是作為功能性材料，其巨大的應用前景已經得到充分的認識。高性能聚酰亞胺纖維是一種綜合性能較為優異的高性能有機纖維，在航空航天、先進武器、電子通信、特種防護及先進復合材料等領域具有更廣泛的應用前景。

申請號為201910633133.5的在先專利提供了一種高強高斷裂伸長率聚酰亞胺纖維及其制備方法。主要解決現有技術中存在高強型聚酰亞胺纖維成本高，斷裂伸長率普遍較低，不利于編織的問題。申請號為202010589561.5的在先專利公開了一種高強高模聚酰亞胺纖維的制備方法。申請號為201710035593.9的在先專利提供一種高模量聚酰亞胺纖維及其制備方法和應用。

但上述這些在先專利中，聚酰亞胺在制備過程及工藝均與本發明提供的纖維及工藝方法有本質不同。本發明通過技術改進，在聚酰亞胺大分子鏈上引入硅氧烷結構，再通過引入酯基，得到紡絲性能優越，利于成纖溶液，同時制得的聚酰亞胺纖維具有尺寸穩定性好、機械性能優異的特點，可應用于航空航天等領域。

發明內容

本發明的目的是針對聚酰亞胺纖維紡絲性能及機械性能較差、高溫長時間使用時尺寸穩定性差的問題，提供一種纖維及其制備方法。具體采用了改性聚酰亞胺結構，將耐熱性優良，且具有柔軟性的硅氧烷結構引入纖維中，使其改善聚酰亞胺結構的排列取向；因聚酰亞胺中含有較多的苯環結構，導致大分子剛性較大，難更好地排列取向；硅氧烷結構的加入，使得聚酰亞胺大分子之間容易滑移，若是賦予了聚酰亞胺大分子的柔性，再通過紡絲工藝的調整，在成纖聚合物溶液中加入酯類物質，改善了聚酰亞胺大分子之間的鍵合作用，大大提高了溶液紡絲性能、紡絲的連續性及其纖維的熱尺寸穩定性，同時具有較好的機械性能。

本發明的目的可以通過以下方案來實現：

第一方面，本發明涉及一種聚酰亞胺纖維，所述聚酰亞胺中包含有硅氧烷結構；其強伸度指標達到18以上，且在300℃時的耐熱保持率達到90％以上。硅氧烷結構不僅耐熱性好，而且其分子鏈具有一定的柔軟性，將其結合到剛性較大的聚酰亞胺分子之間時，可促使聚酰亞胺大分子的排列取向，即可獲得機械性能更好的纖維，同時結合兩種材料的優異的耐熱性能，可使纖維在300℃長時間使用，仍保持其原來的特性，即熱尺寸穩定性好。

作為本發明的一個實施方案，所述聚酰亞胺中包含有硅氧烷結構，硅氧烷結構占整個纖維的重量比為0.5～10％。如果含量太少的話達不到改善聚酰亞胺分子鏈的柔性的效果，紡絲性能會下降，所得纖維機械性能也不理想；如果含量太高的話，其長時間高溫使用時，容易引發生分子鏈段低能量運動而呈自然卷曲，導致纖維發生收縮，使得纖維熱收縮率變大，使其熱尺寸穩定性會低下；為獲得更優異的纖維性能，優選硅氧烷結構占整個纖維的重量比為0.8～8％，更優選1～6％。本發明所述的硅氧烷結構的含量，可以通過元素分析而得，還可以通過核磁共振、紅外分析方法而得；通過元素分析所得時，硅氧烷結構占整個纖維的重量比為0.5～10％時，硅元素占整個纖維的重量比范圍為0.19～3.78％；同理可推，硅元素占整個纖維的重量的優選范圍為0.30～3.03％；更優選0.37～2.27％。