一種聚酰亞胺纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域,具體設(shè)及一種聚酷亞胺纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酷亞胺纖維是高性能纖維中的一種,具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐低溫、阻 燃、耐化學(xué)腐、耐福照等許多優(yōu)異的性能。廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防建設(shè)、海洋開發(fā)、體育 器材、防護(hù)用具、電纜、核工業(yè)、復(fù)合材料及防火阻燃材料等領(lǐng)域。
[0003] 現(xiàn)有的聚酷亞胺纖維的制備方法包括一步法和兩步法。一步法是指采用聚酷亞胺 溶液直接進(jìn)行紡絲,纖維經(jīng)初步拉伸后有一定的強(qiáng)度,去除溶劑后,進(jìn)行熱拉伸和熱處理。 該方法的優(yōu)點(diǎn)在于:紡織的原絲無需再進(jìn)行亞胺化,工藝流程短,所獲得的聚酷亞胺纖維具 有較高的力學(xué)性能。專利號(hào)為化02112048.X的中國(guó)專利,申請(qǐng)?zhí)枮閁S4, 370, 290和US 5, 378, 420的美國(guó)專利都公開了此方法制備聚酷亞胺纖維。但是,一步法制備的聚酷亞胺纖 維雖然具有高強(qiáng)度和高模量的性能,但是由于溶劑的高毒性W及聚合物結(jié)構(gòu)的限制,不利 于工業(yè)化應(yīng)用。
[0004] 兩步法是先將二胺和二酢進(jìn)行縮聚反應(yīng)生成聚酷胺酸溶液,然后經(jīng)紡絲得到 聚酷胺酸纖維,再經(jīng)酷亞胺化和熱牽伸等工藝處理最后得到聚酷亞胺纖維。日本專利 JP03287815、JP04018115,中國(guó)專利CN101338462B都公開了此方法制備聚酷亞胺纖維。該 方法的優(yōu)點(diǎn)在于:解決了聚酷亞胺不溶不烙帶來的加工性難題,合成原料和溶劑種類多、毒 性小,且纖維中的殘留溶劑低,適用于工業(yè)生產(chǎn)。但是,兩步法雖然解決了聚酷亞胺不溶不 烙帶來的難加工性W及溶劑高毒性的問題,但是所制備的纖維的力學(xué)性能較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此,本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種聚酷亞胺纖維及其制備方法, 本發(fā)明提供的聚酷亞胺纖維的力學(xué)性能好,并且耐高溫。
[0006] 本發(fā)明提供了一種聚酷亞胺纖維,由二酢化合物與二胺化合物制備而成,所述二 胺化合物選自:
[0007]
V
[0008] 優(yōu)選的,所述二胺化合物還包括:
[0009]
中的一種或多種,
[0010] 其中,-M-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,-X-選自-0-、-S-和-NH-中的 一種或多種,-D-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,E選自-0-、-S-、-S02-、-CH2-、-C( CF3)2-、-C0-、
中的一種或多 種。
[0011] 優(yōu)選的,所述二酢化合物選自:
[0012]
中的一種或多種,
[0013] 其中,所述-A-選自-S-、-〇-、
[0014] 優(yōu)選的,所述二酢化合物與二胺化合物的摩爾比為1 : (0.8~1. 2)。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種聚酷亞胺纖維的制備方法,包括W下步驟:
[0016] A)將二酢化合物和二胺化合物進(jìn)行聚合反應(yīng),得到前驅(qū)體聚酷胺酸溶液;
[0017] B)將所述前驅(qū)體聚酷胺酸溶液依次進(jìn)行紡絲、酷亞胺化和熱牽伸,得到聚酷亞胺 纖維;
[0018] 所述二胺化合物選自:
[0019]
中的一種或多種。
[0020] 優(yōu)選的,所述二胺化合物還包括:
[0021]
中的一種或多種,
[0022] 其中,-M-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,-X-選自-0-、-S-和-NH-中的 一種或多種,-D-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,E選自-0-、-S-、-S02-、-CH2-、-C( CF3)2-、-C0-、
中的一種或 多種。
[0023] 優(yōu)選的,所述二酢化合物選自:
[0024]中的一種或多種, - .、. -
可口.
[00巧]其中,所述-A-選自-S-、-0-、
[0026] 優(yōu)選的,所述二酢化合物與二胺化合物的摩爾比為1 : (0. 8~1. 2)。
[0027] 優(yōu)選的,所述紡絲為濕法紡絲,所述濕法紡絲的噴絲板孔徑為Φ0. 04~Φ0. 4mm、 孔數(shù)為10~10000孔;所述濕法紡絲的噴拉比為1.1~6.0倍;所述濕法紡絲的速度5~ lOOm/min。
[0028] 優(yōu)選的,所述紡絲為干噴濕法紡絲,所述干噴濕法紡絲的噴絲板孔徑為Φ0. 04~ 巫0. 4mm、孔數(shù)為10~10000孔;所述干噴濕法紡絲的噴拉比為1. 1~7.ο倍;所述干噴濕 法紡絲的速度5~lOOm/min。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供了一種聚酷亞胺纖維,由二酢化合物與二胺化合物 制備而成,所述二胺化合物選自:
[0030] 、
、
中的一種或多種。本發(fā) 明W具有特定的徑基雜環(huán)二胺共聚結(jié)構(gòu)的聚酷亞胺聚合物體系制備的聚酷亞胺纖維,制備 得到的聚酷亞胺纖維具有較高的強(qiáng)度和模量,并且耐高溫。另外,本發(fā)明制備的聚酷亞胺纖 維表面具有活性基團(tuán),易與各種樹脂基體進(jìn)行粘接,制備的復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能。
[0031] 結(jié)果表明,本發(fā)明制備得到的聚酷亞胺纖維的強(qiáng)度高達(dá)5.IGPa,模量高達(dá) 215. 3GPa。聚酷亞胺纖維在氮?dú)夂涂諝夥諊?wt%的熱分解溫度分別為576°C和540°C, lOwt%的熱分解溫度分別為595°C和567°C。
【附圖說明】
[0032] 圖1為實(shí)施例1制備的聚酷亞胺纖維的電鏡掃描圖;
[0033] 圖2為實(shí)施例2制備得到的聚酷亞胺纖維FT-IR圖譜;
[0034] 圖3為實(shí)施例5制備得到的聚酷亞胺纖維的TGA曲線;
[0035] 圖4為實(shí)施例6制備得到的聚酷亞胺纖維的DMA曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 本發(fā)明提供了一種聚酷亞胺纖維,由二酢化合物與二胺化合物制備而成。其中,所 述二胺化合物選自:
[0037]
.、
中的一種或多種。
[0038] 優(yōu)選的,所述二胺化合物還可W包巧 、:
中的一種或多種,
[0039] 其中,-M-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,-X-選自-0-、-S-和-NH-中的 一種或多種,-D-選自-0-、-S-和-NH-中的一種或多種,E選自-0-、-S-、-S02-、-CH2-、-C(C F3)廠、-CO-、
?中的一種 或多種。
[0040] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,所述二胺化合物為2, 2'-雙(2-徑基-4-氨基 苯)-5, 5'-聯(lián)苯[1,2-d:1',2'-d']二咪挫;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化合物 為5-氨基-2-(2-徑基-4-氨基苯)苯并咪挫;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化合 物為5-氨基-2-(2-徑基-5-氨基苯)苯并咪挫;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化 合物為5-氨基-2-(2'-徑基-4'-氨基苯)苯并咪挫;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述 二胺化合物為5-氨基-2-(2'-徑基-4'-氨基苯)苯并咪挫和5-氨基-2-(4-氨基苯)苯 并咪挫的混合二胺化合物;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化合物為2,6-二(2-徑 基-4-氨基苯)化晚并[1,2-d成4-d' ]二咪挫和4, 4'-二氨基二苯酸的混合二胺化合物; 在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化合物為2, 5-二巧'-氨基-2'-苯并咪挫)-1,4-苯 二酪;在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中,所述二胺化合物為5-氨基-2- (2-徑基-5-氨基苯)苯 并咪挫和對(duì)苯二胺的混合二胺。
[0041] 在本發(fā)明中,所述二酢化合物選自:
[0042]
中的一種或多種,
[0043] 其中,所述-A-選自-S-、-〇- !:
[0044] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中,所述二酢化合物為4,4'-聯(lián)苯二??;在本發(fā)明的另一 些實(shí)施例中,所述二酢化合物為均苯四酸二酢。
[0045] 優(yōu)選的,所述二酢化合物與二胺化合物的摩爾比為1 : (0.8~1. 2),更優(yōu)選為1 : (0. 9 ~1. 1)。
[0046] 本發(fā)明還提供了一種聚酷亞胺纖維的制備方法,包括W下步驟:
[0047]A)將二酢化合物和二胺化合物進(jìn)行聚合反應(yīng),得到前驅(qū)體聚酷胺酸溶液;
[0048] B)將所述前驅(qū)體聚酷胺酸溶液依次進(jìn)行紡絲、酷亞胺化和熱牽伸,得到聚酷亞胺 纖維;
[0049] 本發(fā)明首先將二酢化合物和二胺化合物進(jìn)行聚合反應(yīng),得到前驅(qū)體聚酷胺酸溶 液。
[0050] 具體的,將二酢化合物與二胺化合物溶解于溶劑中,攬拌,進(jìn)行聚合反應(yīng),得到前 驅(qū)體聚酷胺酸溶液。其中,所述聚合反應(yīng)的溫度為-10~40°C,所述聚合反應(yīng)的時(shí)間為1~ 40h。所述二酢化合物和二胺化合物的摩爾比為1 : (0.8~1. 2),更優(yōu)選為1 : (0. 9~