[发明专利]聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维，杂化纤维材料有机相为聚酰亚胺，无机相为纳米TiO2，纳米TiO2所占质量分数为5%～8%。本发明采用无机纳米二氧化钛与聚酰亚胺杂化方法以及相应的纺丝与湿牵伸、阶梯式升温与保温热处理等工艺技术，使得聚酰亚胺纤维的力学性能、热稳定性能、抗水性能得到明显提高，而且工艺简单，各种二胺、二酐均适用、原料来源广，非常有利于工业化生产。

本申请是申请号：201410541261.4、申请日：2014.10.14、名称“聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维及其制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明属于高性能纤维技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺/氧化钛杂化纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)纤维，以其优异的介电性能、耐辐射性能以及高强、高模等性能，有望在现代航空、军事、航海、环境工程、汽车工业、微电子等领域得到广泛的应用，是最具发展前途的高性能纤维之一(朱璇,钱明球,虞鑫海等.聚酰亚胺及其纤维的研究与开发进展(II)[J].合成技术及应用,2013,28(2):24-29.)。一方面，聚酰亚胺纤维虽具有优良的综合性能，但由于预聚体聚酰胺酸结构及酰亚胺化过程特性，使得纺丝工艺技术难度高，而且在纺丝过程中强度、模量等性能会明显下降；另一方面，随着科学技术的发展，对材料性能提出了更高的要求，这就限制了聚酰亚胺纤维的一些高技术应用(郑伟峰,周来水,谭昌柏等.高性能纤维和树脂发展现状[J].西安文理学院学报:自然科学版，2013,16(1):27-31.)。现有商业化的聚酰亚胺纤维，抗水性能、热稳定性能和力学性能较差。如何改善其力学性能、降低吸湿性以及进一步提高热稳定性等是目前亟待解决的问题(朱璇,钱明球,虞鑫海等.聚酰亚胺及其纤维的研究与开发进展()[J].合成技术及应用,2013,28(2):24-29；张春玲,邱雪鹏,薛彦虎等.牵伸倍率对联苯型聚酰亚胺纤维形貌取向及性能的影响[J].高等学校化学报,2011.32(4):952-955.)。目前改善提高聚酰亚胺纤维性能的方法通常在其前聚体聚酰胺酸的合成中采用或引入新型的二胺或二酐单体，通过改变聚酰亚胺结构改善提高聚酰亚胺纤维性能，或通过聚酰亚胺合成工艺、纺丝技术的改进提高聚酰亚胺纤维性能。但单二胺、二酐单体制备工艺复杂、成本高，而仅通过合成工艺、纺丝技术的改进来提高酰亚胺纤维性能的收效不明显。

现代科学技术的发展对材料的种类和性能提出了更高要求，传统的单一材料已不能满足需求。因此，运用分子设计和分子工程思想进行多种功能材料的杂化，以实现材料之间的性能互补和优化已成为现代材料研究的方向。有机/无机杂化材料是近年来发展起来的一种新型材料，有机/无机杂化材料不同于传统意义上的复合材料，它的有机相与无机相微区尺寸均在纳米范围内，有的甚至是分子水平级的。有机/无机杂化材料克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷，它兼具有机材料的优点与无机材料的的优点。有机/无机杂化材料形态和性能可在很大范围内变化，可通过掺杂少量的无机组分得到无机粒子改性的有机聚合物，从而改善或提高高分子材料的性能，也可以少量有机成分改进无机材料，从而获得力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面的优异性能。近来对各类有机-无机杂化膜的研究报道较多，对有机机-无机杂化纤维的研究报道则相对少的很，尚未见有关聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维及制备方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维及其制备方法，通过纳米二氧化钛与聚酰亚胺的杂化及其相应的制备技术提高聚酰亚胺的性能。

本发明提供的聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维，纤维材料有机相为聚酰亚胺，无机相为纳米TiO₂，纳米TiO₂所占质量分数为5％～8％。

发明提供的制备上述聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维的方法，包括以下步骤：