专利名称：一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法
技术领域：
本发明属于特种合成纤维的制备领域，特别涉及一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法。
背景技术：
聚酰亚胺纤维作为高性能纤维的一类，具有很好的热稳定性、良好的力学性能，较低的吸水性，可在更严酷的环境中使用。聚酰亚胺纤维可编成绳缆、织成织物或做成无纺布，用在高温、放射性或有机气体的过滤、隔火毡、防火阻燃服装等方面。现有的聚酰亚胺纤维的制备方法一般包括一步法成形工艺、两步法湿纺工艺和两步法干法路线。其中一步法是采用聚酰亚胺溶液直接进行纺丝制备聚酰亚纤维，如中国发明专利ZL 02112048. X，美国专利US 4370290, US 5378420，该方法的特点在于纺制的原丝无需再进行酰亚胺化，工艺流程短，所获得的聚酰亚胺纤维力学性能较高，但是溶剂的选择较为困难，往往具有较高的毒性。两步法是采用常见的非质子强极性溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)，其方法是先将二胺和二酐在低温下缩聚生成聚酰胺酸原液，然后进行湿纺或干湿法纺丝，原丝经洗涤、干燥、高温热亚胺化O50 450°C )得到聚酰亚胺纤维。如日本公开特许公报JP3287815，JP4018115均采用两步法；该工艺的特点是解决了聚酰亚胺纤维一般不熔不溶所带来的加工性难题，但纺丝凝固浴使用了大量的水，纺丝成形后凝固浴与大量的溶剂混合在一起，对节能减排不利。干法纺丝技术路线是制备聚酰亚胺纤维另一方法，如国家发明专利200610116652. 7,201010146335. 6、美国专利 USP 3415782，USP 4640972均公开了这种方法，首先聚酰胺酸溶液通过喷丝孔进入高温甬道，溶剂在高温下挥发，形成聚酰胺酸纤维(前驱体纤维)，卷绕成形；之后，前驱体纤维经过加热得到聚酰亚胺纤维，最后经拉伸工序得到高性能纤维。然而，由于聚酰亚胺分子结构的特点，在分子主链中苯环密度相对较大，尽管这对提高纤维的力学性能和耐热性有利，但这种刚性链分子导致纤维的刚性较强，脆性增加，勾结强度下降，不利于纤维的后期加工应用，如编织、非织造布等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，该方法简单，成本低，所得的聚酰亚胺纤维柔性增加，手感好，应用前景管广阔。本发明的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，包括(1)聚酰胺酸的合成将二酐单体和两种二胺单体加入到溶剂中，在-5 20°C下合成浓度为10 30wt%的三元共聚聚酰胺酸溶液，其中两种二胺单体的摩尔比为1 9 9 1，两种二胺单体之和与二酐单体的摩尔比为0.95 1 1.10 1 ；(2)聚酰胺酸纤维的制备采用干法纺丝成形，将上述的聚酰胺酸溶液在真空中脱泡，通过纺丝组件进入纺丝甬道，甬道的温度为150 260°C，长度8 15米，在甬道下卷绕成形，得聚酰胺酸纤维；
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(3)聚酰胺酸纤维的酰亚胺化和热拉伸将上述所得的聚酰胺酸纤维进行热处理，然后再进行热拉伸，即可；其中热处理温度分为两级，分别为170 280°C、330 370°C ； 热拉伸温度在300 520°C，拉伸倍数为2 8倍。步骤(1)中所述的二酐单体为均苯四酸二酐、3，3’，4，4’_ 二苯甲酮四甲酸二酐和 3，3’，4，4’ -联苯四甲酸二酐中的一种。步骤(1)中所述的第一种二胺单体为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种；第二种二胺单体为间苯二胺、3，3’_ 二氨基二苯醚、3，4’_ 二氨基二苯甲酮和2，2_双氨基苯氧基)苯基]丙烷中的一种。步骤(1)中所述的溶剂为N，N' -二甲基乙酰胺、N，N' _ 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜溶剂和N-甲基吡咯烷酮中一种。步骤O)中所述的甬道温度的上段为150 190°C，中段为200 220°C，下段为 210 260°C。步骤O)中聚酰胺酸溶液进入甬道时，可以通过冷凝回收溶剂。步骤(3)中热处理时，可采用热管、热板、高温烘箱中的一种或几种的组合。均苯四酸二酐、3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四甲酸二酐和3，3’，4，4’ -联苯四甲酸二酐
的化学结构式分别为
权利要求
1.一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，包括(1)将二酐单体和两种二胺单体加入到溶剂中，在-5 20°C下合成浓度为10 30wt%的三元共聚聚酰胺酸溶液，其中两种二胺单体的摩尔比为1 9 9 1，两种二胺单体之和与二酐单体的摩尔比为0. 95 1 1. 10 1 ；(2)采用干法纺丝成形，将上述的聚酰胺酸溶液在真空中脱泡，通过纺丝组件进入纺丝甬道，甬道的温度为150 260°C，长度8 15米，在甬道下卷绕成形，得聚酰胺酸纤维；(3)将上述所得的聚酰胺酸纤维进行热处理，然后再进行热拉伸，即可；其中热处理温度分为两级，分别为170 280°C、330 370°C ；热拉伸温度在300 520°C，拉伸倍数为 2 8倍。
2.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤(1)中所述的二酐单体为均苯四酸二酐、3，3’，4，4’_ 二苯甲酮四甲酸二酐和3， 3’，4，4，-联苯四甲酸二酐中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤(1)中所述的第一种二胺单体为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种；第二种二胺单体为间苯二胺、3，3’ - 二氨基二苯醚、3，4’ - 二氨基二苯甲酮和2，2-双W-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤(1)中所述的溶剂为N，N' -二甲基乙酰胺、N，N' - 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜溶剂和N-甲基吡咯烷酮中一种。
5.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤O)中所述的甬道温度的上段为150 190°C，中段为200 220°C，下段为 210 260°C。
6.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤O)中聚酰胺酸溶液进入甬道时，可以通过冷凝回收溶剂。
7.根据权利要求1所述的一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，其特征在于步骤(3)中热处理时，可采用热管、热板、高温烘箱中的一种或几种的组合。
全文摘要
本发明涉及一种改善聚酰亚胺纤维可纺性和后加工特性的方法，包括(1)将二酐单体和两种二胺单体加入到溶剂中，在-5～20℃下合成三元共聚聚酰胺酸溶液；(2)采用干法纺丝成形，将上述的聚酰胺酸溶液在真空中脱泡，通过纺丝组件进入纺丝甬道，在甬道下卷绕成形，得聚酰胺酸纤维；(3)将上述所得的聚酰胺酸纤维进行热处理，然后再进行热拉伸，即可。本发明的方法操作简单，陈本低；所得的聚酰亚胺纤维具有较好的可纺性，良好的力学性能，纤维手感柔软，改善了纤维在下游产品加工中的可操作性，如编织、非织造工序等，可广泛应用于复合材料增强纤维，电缆的增强芯，高温物质的过滤材质，绝缘材料等。
文档编号D01D5/04GK102242415SQ201110118359
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者夏清明, 张清华, 徐圆, 许千, 赵陈嘉, 郭涛, 陈大俊 申请人:东华大学