一种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的制备方法及其应用
【技术领域】
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[0001]本发明涉及高性能有机纤维上浆剂的制备及应用领域，具体涉及一种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的制备方法及其应用。
【背景技术】
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[0002]聚酰亚胺(PI)纤维是新近崛起的高性能有机纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射、耐腐蚀、低介电常数等性能特点，其巨大的研究价值和应用前景正逐渐被广大的科研人员所认可。这种高强高模Pi纤维既具有碳纤维的高强高模、耐高低温特性，又具有有机纤维的质轻和韧性，同时还具有良好的耐紫外辐照性能，使其不仅可以用于制备防弹织物、高比强度绳索、宇航服、消防服等产品，还可作为增强材料制备高性能复合材料应用于先进武器装备以及新型卫星、飞船、飞机等国防高技术产品。在环保产业，为了减少有害气体二噁英等的产生和排放，提高焚烧率的焚烧温度，耐高温聚酰亚胺纤维是唯一可以用作焚烧炉的除尘滤材，可在250 °C?350 °C下长期使用。公开号为CN102345177A和CN102560707A以及CN102168317A等专利介绍了一系列聚酰亚胺纤维的制备方法。采用上述方法得到的聚酰亚胺纤维具有光滑的表面形貌，极少的表面缺陷保证了其优异的力学性能。但当其作为增强体制备复合材料的过程中，光滑的表面结构则在一定程度上影响了其与树脂基体的浸润性，进而影响复合材料的界面结合强度。同时，因为初生纤维未经任何上浆剂进行表面处理，纤维的集束性和耐磨损性能也有待改善。
[0003]为解决上述问题，本发明开发了一种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂，通过向聚酰胺酸中加入弱碱类试剂生成水溶性的聚酰胺酸盐，然后将其沉淀于丙酮等不良溶剂中，再将其按需要的浓度配成聚酰胺酸盐的水溶液，即为本发明所述的上浆剂。该产品的主要成分为聚酰胺酸盐，溶液中含有大量的氨基基团(-NH-)和羧酸盐基团(-C00R-)，R代表成盐的阳离子。当未完全亚胺化的聚酰亚胺纤维经过该溶液时，溶液中的活性基团能够与纤维表面的氨基或羧酸基团(-C00H)反应，继续经过高温亚胺化炉会发生缩聚反应，接枝在纤维表面的大分子链形成连续包裹纤维的膜层，既增加了纤维的表面粗糙度，提高了其与树脂基体的浸润性，又能够通过大分子链段与树腊基体的分子链段经缠绕或反应以提高复合材料的界面结合强度。同时，这一由聚酰亚胺大分子链构成的膜层还可以起到保护纤维承受载荷的主体结构、有效提高纤维的耐磨损性能和提高纤维之间集束性的作用。
[0004]由于聚酰亚胺纤维为新技术产品，目前针对其化学结构特点设计并配套的上浆剂材料还未有产品出现，本发明所描述的这种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂及其制备和应用方法还未见文献报道。本发明所提供的产品和技术，可配合聚酰亚胺纤维生产使用，实现对聚酰亚胺纤维的表面能、耐磨损性能和集束性等性能的有效改善。该产品经固化后的化学结构与纤维基体同样均为聚酰亚胺，有效保证纤维在高温条件下的使用性能，避免了采用其他体系上浆剂在使用时与纤维基体的耐高温性能不匹配的问题。更为重要的是其水溶性的特点，在使用过程中没有任何污染物产生，充分保证了该产品在使用过程中的环境友好性。本发明是聚酰亚胺纤维生产中所急需的产品和技术，对于解决聚酰亚胺纤维生产中的系列问题，完善聚酰亚胺纤维生产的工艺环节具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的制备方法及其应用，所述方法制备的上浆剂既可以提高纤维的表面能，改善其与树脂基体的浸润性和界面结合强度，还可以提高纤维的耐磨损性能和集束性。同时，其固化后的化学结构仍为聚酰亚胺的结构特点有效保证了纤维在使用中的耐高温性能，其水溶性的特点使其在应用过程近似于零污染，具有环境友好型的使用特点。
[0006]一种聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]A:向聚酰胺酸溶液中缓慢加入三乙胺、三乙醇胺或其它弱碱类试剂，充分反应并形成聚酰胺酸盐溶液；
[0008]B:将该聚酰胺酸盐溶液沉淀于不良溶剂中，充分脱除残余溶剂后得到聚酰胺酸盐固体；
[0009]C ;将该固体溶解于水中即可得到聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂。
[0010]步骤A中的聚酰胺酸溶液为任意类型二酐或多元酐与二胺或多元胺的混缩聚或共缩聚得到的聚酰亚胺前驱体溶液。
[0011]步骤A中的弱碱类试剂的选用原则为:能够与聚酰胺酸形成水溶性盐。
[0012]步骤B中的不良溶剂的选用原则为:与聚酰胺酸所用溶剂具有良好相容性，不溶解聚酰胺酸盐，且具有较好的挥发性，有利于聚酰胺酸盐的干燥和残余溶剂脱除。
[0013]步骤C中聚酰胺酸盐溶于水中的浓度为任意浓度。
[0014]所述上浆剂在聚酰亚胺纤维中的应用，将浸渍该上浆剂的聚酰亚胺纤维经高温热炉脱水、亚胺化步骤完成纤维上浆。
[0015]所述应用的反应机理为:聚酰亚胺纤维为未完全亚胺化的纤维，其表面仍保留有部分聚酰胺酸单元，经与上浆剂中的聚酰胺酸盐在高温下反应，在纤维表面形成紧密的膜层。
[0016]所述聚酰亚胺纤维还可以为任意芳杂环类有机纤维。
[0017]所述上浆剂的作用特点为:可以起到保护纤维防止磨损的作用；增加纤维表面粗糙度和纤维表面能，提高纤维与树脂基体的浸润性；通过纤维表面膜层大分子链段与树脂基体分子链段的缠结或化学键合反应以提高纤维与树脂基体的界面结合强度。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0019]本发明所述上浆剂，其固化后的化学结构仍为聚酰亚胺，能够保证聚酰亚胺纤维的高温使用性能，避免其他体系上浆剂与聚酰亚胺纤维在高温条件下使用的匹配问题。
[0020]本发明所述上浆剂的制备方法及其应用，可以在聚酰亚胺表面通过化学键连接接枝聚酰亚胺大分子链，并在纤维表面形成膜层，能够有效提高纤维表面能，改善纤维与树脂基体的浸润性和界面结合强度，还能够提高纤维的耐磨损性能和集束性。
[0021]本发明所述上浆剂为水溶性液体，在使用过程中近似零污染，具有环境友好型的特点。【附图说明】:
[0022]图1:聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的制备原理示意图；
[0023]图2:聚酰亚胺纤维用水溶性聚酰亚胺上浆剂的使用原理示意图。
【具体实施方式】
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[0024]下面结合具体实施例，进一步阐述发明。应说明的是:以下实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0025]实施例1:
[0026]A、向聚酰胺