[发明专利]一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。本本发明采用特定含哒嗪结构或吡嗪结构的二胺单体A与二酐反应，形成聚酰胺酸前体纺丝溶液，进而能够制备高性能聚酰亚胺纤维。具体地，纤维力学性能可以达到高强度高模量的标准，同时经过300℃恒温400小时热老化后依然可以保持较高的力学性能，具备优良的耐热老化性能。

技术领域

本发明涉及有机材料领域，特别涉及一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

有机纤维指的是纤维材质为有机物的纤维，如涤纶、腈纶、锦纶、丙纶，因其轻质、廉价、化学稳定、易制造而广泛应用于国民生产生活中。其中，具有高力学性能、高热稳定的有机纤维被众多领域所需要。聚酰亚胺纤维作为有机纤维中的重要一类，具有阻燃、耐高温、耐化学腐蚀、电气绝缘、力学性能优良等特性，在航空航天、国防军工、海洋开发、高速交通、环境保护等领域都有着非常广泛的应用。

相比于传统有机纤维而言，聚酰亚胺纤维基于单体的分子设计而很大程度上满足了不同应用环境的性能需求。在实际应用中，聚酰亚胺纤维会受到所处环境状态的一定侵蚀老化(如高温环境、紫外辐照、原子氧等)，进而影响该纤维的综合性能，甚至使其丧失实用价值。由于聚酰亚胺纤维长时间应用于高温环境中，因而研制有效耐热老化聚酰亚胺纤维很有意义。

中国专利申请CN109021534将一定组分的抗氧化剂、阻燃剂加入聚碳酸酯中，制得的聚碳酸酯材料经过湿度85％、温度85℃湿热老化1000小时后仍具有极高的性能保持率。中国专利申请CN111500062公开了铜盐热稳定剂或碳纳米管对聚酰胺树脂的耐老化性能贡献，150℃/250小时热老化后，其无缺口冲击强度保持率均在90％以上。中国专利申请CN108350268将金属氰化物盐以一定比例引入聚酰胺树脂中，制得的聚酰胺材料在200℃热老化1000小时后依然保持很高的力学性能。中国专利申请CN103255501将光稳定剂如三氮唑类、二苯酮类、受阻胺类等以一定比例引入聚酰胺酸前体溶液中，经纺丝、热处理工艺，最终所制纤维拉伸强度1.4GPa，并且经过2000h紫外辐照后，强度保持率均在96％以上，纤维具有很好地抗紫外老化性能。中国专利申请CN104947228将含磷二胺单体以共聚方式引入到聚酰亚胺体系中，制得本征型的抗原子氧老化的聚酰亚胺纤维，其拉伸强度可达1.2GPa，在7.32×10¹⁹atoms/cm²的原子氧计量下，强度保持率均在87％以上。

其中，专利申请CN109021534、CN111500062、CN108350268报道的方法是采用抗氧化剂、金属盐热稳定剂等有机小分子加入到聚合物树脂中，该方法可以在较低温度下如小于200℃环境老化并保持性能稳定，但对于聚酰亚胺材料而言，则需要在更高温度下使用，其不能满足使用要求。而专利申请CN103255501与CN104947228通过添加小分子或聚合本征单体方式侧重提高聚酰亚胺纤维抗紫外或抗原子氧老化性能，并未提升其耐热老化性能。

因此，如何提高聚酰亚胺纤维的耐热老化性成为亟待解决的问题。另外，众多聚酰亚胺制品类型，如聚酰亚胺薄膜、纤维及树脂等，其中聚酰亚胺纤维的制备对单体的结构、纯度要求最高，这就使得聚酰亚胺纤维的开发更为困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。本发明制备的聚酰亚胺纤维具备高强度高模量的力学性能，同时能够有效提升纤维的耐热老化性能。

本发明提供了一种聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：

a)芳香二酐单体与二胺单体在溶剂中聚合，得到聚酰胺酸溶液；

b)将所述聚酰胺酸纺丝溶液进行纺丝，得到聚酰胺酸纤维；

c)将所述聚酰胺酸纤维进行酰亚胺化处理，得到聚酰亚胺纤维；

所述二胺单体为单体A，或为单体A与其它二胺单体的混合物；

所述单体A选自式A1～A4所示化合物中的一种或几种：