專利名稱：一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特種合成纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法。
背景技術(shù)：
聚酰亞胺纖維作為高性能纖維的一類，具有很好的熱穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能，較低的吸水性，可在更嚴(yán)酷的環(huán)境中使用。聚酰亞胺纖維可編成繩纜、織成織物或做成無紡布，用在高溫、放射性或有機(jī)氣體的過濾、隔火氈、防火阻燃服裝等方面。現(xiàn)有的聚酰亞胺纖維的制備方法一般包括一步法成形工藝、兩步法濕紡工藝和兩步法干法路線。其中一步法是采用聚酰亞胺溶液直接進(jìn)行紡絲制備聚酰亞纖維，如中國(guó)發(fā)明專利ZL 02112048. X，美國(guó)專利US 4370290, US 5378420，該方法的特點(diǎn)在于紡制的原絲無需再進(jìn)行酰亞胺化，工藝流程短，所獲得的聚酰亞胺纖維力學(xué)性能較高，但是溶劑的選擇較為困難，往往具有較高的毒性。兩步法是采用常見的非質(zhì)子強(qiáng)極性溶劑，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)，其方法是先將二胺和二酐在低溫下縮聚生成聚酰胺酸原液，然后進(jìn)行濕紡或干濕法紡絲，原絲經(jīng)洗滌、干燥、高溫?zé)醽啺坊疧50 450°C )得到聚酰亞胺纖維。如日本公開特許公報(bào)JP3287815，JP4018115均采用兩步法；該工藝的特點(diǎn)是解決了聚酰亞胺纖維一般不熔不溶所帶來的加工性難題，但紡絲凝固浴使用了大量的水，紡絲成形后凝固浴與大量的溶劑混合在一起，對(duì)節(jié)能減排不利。干法紡絲技術(shù)路線是制備聚酰亞胺纖維另一方法，如國(guó)家發(fā)明專利200610116652. 7,201010146335. 6、美國(guó)專利 USP 3415782，USP 4640972均公開了這種方法，首先聚酰胺酸溶液通過噴絲孔進(jìn)入高溫甬道，溶劑在高溫下?lián)]發(fā)，形成聚酰胺酸纖維(前驅(qū)體纖維)，卷繞成形；之后，前驅(qū)體纖維經(jīng)過加熱得到聚酰亞胺纖維，最后經(jīng)拉伸工序得到高性能纖維。然而，由于聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在分子主鏈中苯環(huán)密度相對(duì)較大，盡管這對(duì)提高纖維的力學(xué)性能和耐熱性有利，但這種剛性鏈分子導(dǎo)致纖維的剛性較強(qiáng)，脆性增加，勾結(jié)強(qiáng)度下降，不利于纖維的后期加工應(yīng)用，如編織、非織造布等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，該方法簡(jiǎn)單，成本低，所得的聚酰亞胺纖維柔性增加，手感好，應(yīng)用前景管廣闊。本發(fā)明的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，包括(1)聚酰胺酸的合成將二酐單體和兩種二胺單體加入到溶劑中，在-5 20°C下合成濃度為10 30wt%的三元共聚聚酰胺酸溶液，其中兩種二胺單體的摩爾比為1 9 9 1，兩種二胺單體之和與二酐單體的摩爾比為0.95 1 1.10 1 ；(2)聚酰胺酸纖維的制備采用干法紡絲成形，將上述的聚酰胺酸溶液在真空中脫泡，通過紡絲組件進(jìn)入紡絲甬道，甬道的溫度為150 260°C，長(zhǎng)度8 15米，在甬道下卷繞成形，得聚酰胺酸纖維；
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(3)聚酰胺酸纖維的酰亞胺化和熱拉伸將上述所得的聚酰胺酸纖維進(jìn)行熱處理，然后再進(jìn)行熱拉伸，即可；其中熱處理溫度分為兩級(jí)，分別為170 280°C、330 370°C ； 熱拉伸溫度在300 520°C，拉伸倍數(shù)為2 8倍。步驟(1)中所述的二酐單體為均苯四酸二酐、3，3’，4，4’_ 二苯甲酮四甲酸二酐和 3，3’，4，4’ -聯(lián)苯四甲酸二酐中的一種。步驟(1)中所述的第一種二胺單體為4，4’ - 二氨基二苯醚、1，4_苯二胺和4， 4’-二氨基二苯甲烷中的一種；第二種二胺單體為間苯二胺、3，3’_ 二氨基二苯醚、3，4’_ 二氨基二苯甲酮和2，2_雙氨基苯氧基)苯基]丙烷中的一種。步驟(1)中所述的溶劑為N，N' -二甲基乙酰胺、N，N' _ 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜溶劑和N-甲基吡咯烷酮中一種。步驟O)中所述的甬道溫度的上段為150 190°C，中段為200 220°C，下段為 210 260°C。步驟O)中聚酰胺酸溶液進(jìn)入甬道時(shí)，可以通過冷凝回收溶劑。步驟(3)中熱處理時(shí)，可采用熱管、熱板、高溫烘箱中的一種或幾種的組合。均苯四酸二酐、3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四甲酸二酐和3，3’，4，4’ -聯(lián)苯四甲酸二酐
的化學(xué)結(jié)構(gòu)式分別為
權(quán)利要求
1.一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，包括(1)將二酐單體和兩種二胺單體加入到溶劑中，在-5 20°C下合成濃度為10 30wt%的三元共聚聚酰胺酸溶液，其中兩種二胺單體的摩爾比為1 9 9 1，兩種二胺單體之和與二酐單體的摩爾比為0. 95 1 1. 10 1 ；(2)采用干法紡絲成形，將上述的聚酰胺酸溶液在真空中脫泡，通過紡絲組件進(jìn)入紡絲甬道，甬道的溫度為150 260°C，長(zhǎng)度8 15米，在甬道下卷繞成形，得聚酰胺酸纖維；(3)將上述所得的聚酰胺酸纖維進(jìn)行熱處理，然后再進(jìn)行熱拉伸，即可；其中熱處理溫度分為兩級(jí)，分別為170 280°C、330 370°C ；熱拉伸溫度在300 520°C，拉伸倍數(shù)為 2 8倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟(1)中所述的二酐單體為均苯四酸二酐、3，3’，4，4’_ 二苯甲酮四甲酸二酐和3， 3’，4，4，-聯(lián)苯四甲酸二酐中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟(1)中所述的第一種二胺單體為4，4’-二氨基二苯醚、1，4-苯二胺和4，4’-二氨基二苯甲烷中的一種；第二種二胺單體為間苯二胺、3，3’ - 二氨基二苯醚、3，4’ - 二氨基二苯甲酮和2，2-雙W-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟(1)中所述的溶劑為N，N' -二甲基乙酰胺、N，N' - 二甲基甲酰胺、二甲基亞砜溶劑和N-甲基吡咯烷酮中一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟O)中所述的甬道溫度的上段為150 190°C，中段為200 220°C，下段為 210 260°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟O)中聚酰胺酸溶液進(jìn)入甬道時(shí)，可以通過冷凝回收溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，其特征在于步驟(3)中熱處理時(shí)，可采用熱管、熱板、高溫烘箱中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改善聚酰亞胺纖維可紡性和后加工特性的方法，包括(1)將二酐單體和兩種二胺單體加入到溶劑中，在-5～20℃下合成三元共聚聚酰胺酸溶液；(2)采用干法紡絲成形，將上述的聚酰胺酸溶液在真空中脫泡，通過紡絲組件進(jìn)入紡絲甬道，在甬道下卷繞成形，得聚酰胺酸纖維；(3)將上述所得的聚酰胺酸纖維進(jìn)行熱處理，然后再進(jìn)行熱拉伸，即可。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，陳本低；所得的聚酰亞胺纖維具有較好的可紡性，良好的力學(xué)性能，纖維手感柔軟，改善了纖維在下游產(chǎn)品加工中的可操作性，如編織、非織造工序等，可廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料增強(qiáng)纖維，電纜的增強(qiáng)芯，高溫物質(zhì)的過濾材質(zhì)，絕緣材料等。
文檔編號(hào)D01D5/04GK102242415SQ201110118359
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者夏清明, 張清華, 徐圓, 許千, 趙陳嘉, 郭濤, 陳大俊 申請(qǐng)人:東華大學(xué)