1.本发明属于新材料领域，涉及一种耐高温、阻燃聚酰胺酰亚胺(pai)基长丝，特别是该长丝的绿色制备和原位增强方法，具体地说是利用水作为凝固浴，采用湿法纺丝技术绿色制备出pai长丝，并基于“刚/柔高分子网络互补”原理引入另一组份聚合物，通过原位加热实现纤维的原位增强，拓展其在高温过滤、电池隔膜、阻燃防护等领域的应用前景。
背景技术：
2.聚酰亚胺(pi)是一种特种工程材料，以其为原料制备的纤维、长丝、织物等下游制品具有优异的耐热性能(-269℃到400℃)、阻燃性以及自熄能力，而被广泛应用于诸多领域，如变压器电容器绝缘材料，航空航天绝缘材料，高温环境中使用的抗静电遮蔽材料等。然而，pi具有难溶且难融的固有缺陷，导致其后加工难度大，因此各类制品的成本较高，限制了其在民用领域的广泛应用。
3.作为pi的同族聚合物，pai具有与其相当的玻璃化温度(250～300℃)，更重要的是，其溶解性较好，因此可利用溶液纺丝法进行后加工。本发明利用湿法纺丝技术实现pa1长丝的绿色制备，提供了一种新型纺织原料。与本发明密切相关的技术主要通过搜索关键词“聚酰胺酰亚胺&长丝”、“聚酰胺酰亚胺&湿法”、“聚酰胺酰亚胺&纤维”获取。已公开的技术中，法国罗纳-布朗克纤维公司于1990年在《cn 1041406a聚酰胺亚胺长丝及其生产加工的方法》中公开了聚酰胺酰亚胺长丝及其湿法制备技术，但专利侧重对长丝力学性能的评价，未涉及其阻燃性能，且该专利涉及的方法采用二元或三元凝固浴纺丝，不符合绿色环保生产的发展需求，且该技术中所获得的长丝需要水洗，而本发明采用水为凝固浴，绿色环保、无需水洗、成本低廉。专利《cn103757721a一种聚酰胺酰亚胺纤维湿法一步纺丝工艺》中pai纤维的制备需经过两道凝固浴，且凝固浴包含有毒有害化学试剂。以上技术与本专利的材料及制备方法具有本质区别。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种新型耐高温、阻燃长丝，为高温过滤、电池隔膜、阻燃防护领域增补高性能材料，并公开其基于湿法纺丝技术的绿色制备及力学性能原位增强方法。
5.本发明提供了一种耐高温、阻燃聚酰胺酰亚胺基长丝，其由pai和另一具有低熔点(≤240℃)的聚合物组成。
6.作为优选的技术方案：
7.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝，所述材料的主要组分为pai，重量比例≥90％，聚合物形态为粉末状、液体状，其分子量为5000～800000，种类为嵌段或均聚型。
8.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝，所述长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.1～2mm。
9.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝，所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入的其余组分作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)，可为聚氨酯、尼龙、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯等。
10.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝，所述材料在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数40～50％。
11.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝，所述材料的力学拉伸强度为20～200mpa，断裂伸长率为5～30％。
12.本发明还提供了一种耐高温、阻燃pai基长丝的绿色制备和原位增强方法，制备pai和另一组份聚合物的混合溶液，利用湿法纺丝技术，以水为凝固浴，经同步纺丝后形成杂化初生纤维，并通过在接收辊处经原位加热，从而实现纤维力学性能提升。
13.作为优选的技术方案：
14.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝的绿色制备方法，所述另一组份聚合物可为聚氨酯、尼龙、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯等，所述溶剂可为n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或几种。
15.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝的绿色制备方法，所述凝固浴为水，可为去离子水、蒸馏水、矿泉水、自来水等。
16.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝的原位增强方法，所述纺丝溶液的浓度为20～40wt％，纺丝速度为5～20m/min。
17.如上所述的一种耐高温、阻燃pai基长丝的原位增强方法，利用可控温接收辊原位加热，加热温度在150～240℃范围内可调，加热时间为1～10h，加热前后长丝的力学性能可增强1～3倍。
18.有益效果
19.本发明的一种耐高温、阻燃聚酰胺酰亚胺基长丝在原料及技术方面具有优势，原料成本低廉、易溶解、从而易于高分子加工成型、阻燃、耐高温；加工技术为绿色凝固浴湿法纺丝，符合生态环保的发展需求，且现有技术具有成熟的产业化设备，因此本发明所提供的材料对于开发绿色产业用纺织品具有重要意义。
20.本发明提供的一种耐高温、阻燃聚酰胺酰亚胺基长丝的原位增强方法具有操作简便、可拓展性强的优势，可为长丝或纤维材料的力学增强提供技术借鉴
具体实施方式
21.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
22.实施例1
23.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例91％，聚合物形态为粉末状，其分子量为10000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.2mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚氨酯作为柔性高分
子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数43％；力学拉伸强度为50mpa，断裂伸长率为10％。
24.实施例2
25.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例93％，聚合物形态为液体状，其分子量为50000，种类为嵌段型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.4mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入尼龙作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数44％；力学拉伸强度为100mpa，断裂伸长率为12％。
26.实施例3
27.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例92％，聚合物形态为粉末状，其分子量为60000，种类为嵌段型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.4mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数45％；力学拉伸强度为80mpa，断裂伸长率为8％。
28.实施例4
29.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例94％，聚合物形态为液体状，其分子量为70000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.8mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇缩甲醛作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数45％；力学拉伸强度为150mpa，断裂伸长率为13％。
30.实施例5
31.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例95％，聚合物形态为粉末状，其分子量为80000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.4mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇缩丁醛作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数43％；力学拉伸强度为130mpa，断裂伸长率为18％。
32.实施例6
33.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例94％，聚合物形态为液体状，其分子量为90000，种类为嵌段型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为0.8mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚甲基丙烯酸甲酯作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数46％；力学拉伸强度为105mpa，断裂伸长率为21％。
34.实施例7
35.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例96％，聚合物形态为粉末状，其分子量为500000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为1mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇缩丁醛作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数44％；力学拉伸强度为87mpa，断裂伸长率为15％。
36.实施例8
37.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例94％，聚合物形态为液体状，其分子量为600000，种类为嵌段型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为1.2mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚氨酯作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数45％；力学拉伸强度为113mpa，断裂伸长率为18％。
38.实施例9
39.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例93％，聚合物形态为粉末状，其分子量为700000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为1.4mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数43％；力学拉伸强度为84mpa，断裂伸长率为15％。
40.实施例10
41.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝，纤维的主要组分为pai，重量比例95％，聚合物形态为液体状，其分子量为800000，种类为均聚型；长丝表面光滑，截面为圆柱形，直径为1.8mm；所述pai因具有苯环而可作为刚性高分子网络，引入聚乙烯醇作为柔性高分子网络，其熔融温度低于pai的玻璃化温度(250℃)。此外，该纤维材料可在220℃下可长期使用，且具有离火自熄、不发烟、不融滴的特性，极限氧指数46％；力学拉伸强度为111mpa，断裂伸长率为19％。
42.实施例11
43.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为尼龙，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，纺丝溶液的浓度为20wt％，凝固浴为去离子水；纺丝速度为5m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为200℃，加热时间为2h，加热前后长丝的力学性能可增强1.2倍。
44.实施例12
45.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚乙烯醇，溶剂为n-甲基吡咯烷酮，纺丝溶液的浓度为30wt％，凝固浴为矿泉水；纺丝速度为8m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为180℃，加热时间为3h，加热前后长丝的力学性能可增强2倍。
46.实施例13
47.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所
述另一组份聚合物为聚乙烯醇缩丁醛，溶剂为四氢呋喃，纺丝溶液的浓度为31wt％，凝固浴为蒸馏水；纺丝速度为7m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为190℃，加热时间为2h，加热前后长丝的力学性能可增强1.5倍。
48.实施例14
49.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚氨酯，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，纺丝溶液的浓度为25wt％，凝固浴为去离子水；纺丝速度为12m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为210℃，加热时间为3h，加热前后长丝的力学性能可增强2倍。
50.实施例15
51.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚乙烯醇，溶剂为n，n-二甲基乙酰胺，纺丝溶液的浓度为32wt％，凝固浴为蒸馏水；纺丝速度为14m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为180℃，加热时间为2h，加热前后长丝的力学性能可增强1.8倍。
52.实施例16
53.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚氨酯，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，纺丝溶液的浓度为34wt％，凝固浴为去离子水；纺丝速度为17m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为190℃，加热时间为5h，加热前后长丝的力学性能可增强2.8倍。
54.实施例17
55.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，溶剂为四氢呋喃，纺丝溶液的浓度为34wt％，凝固浴为自来水；纺丝速度为15m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为180℃，加热时间为4h，加热前后长丝的力学性能可增强1.5倍。
56.实施例18
57.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚乙烯醇缩甲醛，溶剂为n-甲基吡咯烷酮，纺丝溶液的浓度为23wt％，凝固浴为自来水；纺丝速度为9m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为220℃，加热时间为3h，加热前后长丝的力学性能可增强3倍。
58.实施例19
59.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚乙烯醇缩甲醛，溶剂为n-甲基吡咯烷酮，纺丝溶液的浓度为25wt％，凝固浴为矿泉水；纺丝速度为13m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为210℃，加热时间为2h，加热前后长丝的力学性能可增强2倍。
60.实施例20
61.在本实施例中，一种耐高温、阻燃pai基长丝的一步绿色制备和原位增强方法，所述另一组份聚合物为聚氨酯，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，纺丝溶液的浓度为28wt％，凝固浴为矿泉水；纺丝速度为13m/min，利用可控温接收辊原位加热，加热温度为170℃，加热时间为5h，加热前后长丝的力学性能可增强2倍。