[发明专利]一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维是一种新型特种纤维，指分子链中含有芳酰亚胺的纤维。聚酰亚胺纤维具有高强度、高模量、耐高温、阻燃、防辐射、耐化学腐蚀等优点，在原子能工业、空间环境、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业以及防护用具等领域具有良好的应用前景。

现有的聚酰亚胺纤维的制备方法包括一步法和两步法两种，一步法是指采用聚酰亚胺溶液直接进行纺丝制备聚酰亚胺纤维，这种方法纺制的原丝无需再进行酰胺化，工艺流程短，得到的聚酰亚胺纤维力学性能高，但是这种方法要求聚酰亚胺聚合物具有可溶性，其制备成本非常高，不利于工业化应用，也降低了聚酰亚胺纤维的耐热性能和耐溶剂性能。两步法是先将二胺和二酐进行缩聚反应生成聚酰胺酸原液，然后进行纺丝，再将原丝进行亚胺化处理最后得到聚酰亚胺纤维，这种方法由于成本低廉，适于工业化开发而获得了广泛的应用，但是采用该方法制得的聚酰亚胺纤维力学性能较差。

聚酰亚胺纤维的力学性能除了与制备方法相关，也与原料，即二酐单体和二胺单体的结构特点有关。研究表明，在纤维大分子结构中引入苯并咪唑二胺链节能够极大的改善纤维的力学性能，如俄罗斯的杂环芳族聚酰胺纤维-Armos纤维的强度高达4.0GPa～5.5GPa，模量高达130GPa～160GPa，Rusar纤维的强度高达6GPa。申请号为200710050651.1的中国专利文献也公开了一种含苯并咪唑结构的聚酰亚胺纤维，以2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和二酐为原料发生聚合反应制得聚酰胺酸纺丝原液，将所述聚酰胺酸纺丝原液按湿法或干/湿纺丝工艺纺丝后，再将得到的聚酰胺酸原丝采用热酰亚胺化工艺进行酰亚胺化，得到的含苯并咪唑结构的聚酰亚胺纤维的力学性能有所提高，其初始模量可达45.2GPa～220GPa，但是其拉伸强度，即纤维断裂强度仅为0.73GPa～1.53GPa，仍有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺纤维及其制备方法，本发明提供的聚酰亚胺纤维具有良好的力学性能，尤其具有较高的纤维断裂强度。

本发明提供了一种聚酰亚胺纤维，包含具有式(I)结构所示的聚合物：

其中，A为选自以下(101)～(106)结构中的一种或多种：

B为选自以下(201)～(205)结构中的一种或多种：

m为具有式(II)结构的第一重复单元在所述聚酰亚胺中的比例，0.5≤m≤0.95：

本发明还提供了一种上述技术方案所述的聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：

将二胺、2-(2-羟基-4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和二酐在有机溶剂中混合，进行缩聚反应后得到聚酰胺酸纺丝原液，所述二胺的摩尔数与所述二胺和所述2-(2-羟基-4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的总摩尔数的比例为0.5～0.95，所述二酐具有式(III)结构：

其中，A为选自以下(101)～(106)结构中的一种或多种：

所述二胺具有式(IV)结构：

H₂N-B-NH₂     (IV)；

其中，B为选自以下(201)～(205)结构中的一种或多种：

将所述聚酰胺酸纺丝原液进行纺丝，得到聚酰胺酸原丝；

将所述聚酰胺酸原丝进行酰亚胺化处理，得到聚酰亚胺初生纤维；

对所述聚酰亚胺初生纤维进行热牵伸处理，得到聚酰亚胺纤维。

优选的，所述二胺和所述2-(2-羟基-4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的总摩尔数与所述二酐的摩尔数的比例为1∶0.95～1.05。

优选的，所述有机溶剂为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

优选的，所述缩聚反应的温度为-10℃～50℃；所述缩聚反应的时间为8h～15h。

优选的，所述聚酰胺酸纺丝原液中，所述聚酰胺酸的质量浓度为5％～30％。

优选的，将所述聚酰胺酸纺丝原液进行纺丝具体包括以下步骤：

将所述聚酰胺酸纺丝原液过滤、真空脱泡后，通过喷丝孔挤出；

将通过喷丝孔挤出得到的挤出物经空气层进入凝固浴凝固，再经过洗涤、干燥后，得到聚酰胺酸原丝。

优选的，将所述聚酰胺酸原丝进行酰亚胺化处理具体包括以下步骤：