[发明专利]一种利用液晶纺丝制备聚酰亚胺纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维的制备领域，特别涉及一种利用液晶纺丝制备聚酰亚胺纤维的方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维作为高技术纤维的一员，以其优异的力学性能、耐高温性能、耐低温性能、良好的化学稳定性能、优异的耐溶剂性能和突出的耐辐照性能，已经成为工业开发的热点品种，近年来被广泛的应用于航天复合材料及民用的一些高性能领域。目前聚酰亚胺纤维广泛采用两步法纺制，在非质子极性溶剂如DMF(二甲基甲酰胺)、DMAc(二甲基乙酰胺)和NMP(N-甲基吡咯烷酮)中由等摩尔量的二胺和二酐合成可溶于此类溶剂的聚酰胺酸，然后通过干法、湿法或干喷湿法纺丝纺制成纤维，再经过化学环化或热环化脱水后得到聚酰亚胺纤维。采用此种方法，在环化处理阶段容易在纤维中产生孔隙等缺陷，影响纤维的力学性能。近年来利用新的溶剂一步法制备可溶性的聚酰亚胺成为研究的热点，这样可减少纤维制备过程中产生的缺陷。多聚磷酸在制备PBZT，PBI，PBO和M5等难溶聚合物的过程中，显示了其对于刚性聚合物良好的溶解性能，并能够通过液晶纺丝方法得到高性能纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用液晶纺丝制备聚酰亚胺纤维的方法，该方法明避免了两步法中后续环化程序对纤维聚集态结构的影响，制备出的聚酰亚胺纤维分子量高，后处理容易，纤维结构较为致密，力学性能好。

本发明的一种利用液晶纺丝制备聚酰亚胺纤维的方法，包括：

(1)在惰性气体中，将P₂O₅与多聚磷酸在120～150℃下混合搅拌，得到P₂O₅质量分数为78％～85％的多聚磷酸溶液；冷却至120℃将摩尔比1∶0.98～1∶1.05的含杂环二胺与二酐单体加入多聚磷酸溶液中，通惰性气体进行保护，搅拌使溶液在120～150℃聚合3～5h，150～180℃聚合3～5h，再在180～220℃反应1～2h，得到液晶态聚酰亚胺纺丝溶液；

(2)将上述纺丝溶液通过双螺杆挤出机采用干喷湿法纺丝，将所得纤维进入水洗浴、卷绕、拉伸、干燥，即得到初生聚酰亚胺纤维；

(3)将上述聚酰亚胺初生纤维干燥，之后在氮气保护下通过1～5m长的热管进行三级拉伸，即得聚酰亚胺纤维。

所述步骤(1)中的含杂环二胺为

中的一种或几种。

所述步骤(1)中的二酐单体为：

中的一种或几种。

所述步骤(1)中的含杂环二胺单体与二酐单体的质量和占溶液总质量的8～20％。

所述步骤(2)中的双螺杆挤出机分三个温区，温度分别设定为：150～180℃、150～180℃和180～190℃。

所述步骤(2)中的干喷湿法纺丝的具体工艺参数为：纺丝液的温度为150～190℃，喷丝孔直径为0.05～0.5mm，空气层高度为5～50cm，卷绕速度为80～90m/min，空气层高度为5～50cm，凝固浴由质量浓度为10％～30％的磷酸水溶液组成，凝固浴温度为20～70℃。

所述步骤(2)中的卷绕过程中卷绕速度为80～90m/min，拉伸过程中拉伸倍数为10～30倍。

所述步骤(3)中的干燥温度为100℃，干燥时间为1～3h。

所述步骤(3)中的三级拉伸过程中喂入速度为4～50m/min，拉伸倍数为1～8倍，一级拉伸温度为350℃，二级拉伸温度为350℃，三级拉伸温度为500～550℃。

有益效果

本发明避免了两步法中后续环化程序对纤维聚集态结构的影响，制备出的聚酰亚胺纤维分子量高，后处理容易，纤维结构较为致密，力学性能好，因此本发明在制备高强高模聚酰亚胺纤维上具有更大的潜力。此外，利用双螺杆挤出机完成对纺丝原液的输送和脱泡工序，解决了聚合后期纺丝液粘度大，流动性差的难题。本发明提供的以多聚磷酸溶剂，利用液晶纺丝技术制备高性能聚酰亚胺，适于工业化推广，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为聚酰亚胺液晶纺丝示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1