CN101984157B - 聚酰亚胺纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种聚酰亚胺纤维的制备方法，该方法以联苯四酸二酐、对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为原料，制备得到全刚性芳杂环结构的聚酰亚胺纤维。本发明利用2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑结构的非对称性，增加了制备的聚酰亚胺纤维的柔韧性，使聚酰亚胺纤维在后续加工过程中具有更好流动性，从而使聚酰亚胺纤维的牵伸比增加，提高了纤维的取向度并有利于消除纤维在制备过程中产生的缺陷，从而使制备的聚酰亚胺纤维具有高的拉伸强度。实验结果表明，本发明制备的聚酰亚胺纤维的拉伸强度达到了2.5GPa。

Description

聚酰亚胺纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子纤维技术领域，更具体地说，涉及一种聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺纤维由于具有良好的热稳定性、弹性模量、良好的耐辐射性能以及低的吸水性能，受到各国越来越多的重视，并在原子能工业、空间环境、救险、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业以及防护工具等领域中得到了越来越广泛的应用。

现有的聚酰亚胺纤维的制备方法主要包括一步法和两步法两种工艺。其中，如申请号为02112048.X的中国专利文献、专利号为US4370290和US5378420的美国专利文献报道了采用一步法制备聚酰亚胺纤维的方法，即将聚酰亚胺溶液直接进行纺丝制备聚酰亚胺纤维。该方法工艺流程短，并且纺制的原丝无需进行酰亚胺化，但是该方法要求聚酰亚胺聚合物具有可溶性，而且由于使用酚类做为聚合和纺丝溶剂，酚类溶剂毒性和味道都很大，不利于工业化生产，并且制备的聚酰亚胺纤维的耐热性和耐溶剂性能较差。

两步法的工艺为将二胺、二酐在低温下进行缩聚形成生成聚酰亚胺酸原液，然后进行纺丝得到原丝，将所述原丝经洗涤、干燥、高温热亚胺化得到聚酰亚胺纤维。例如，专利号为JP3287815和JP4018115的日本专利文献报道了采用两步法制备聚酰亚胺纤维的方法。采用两步法制备的聚酰亚胺纤维的耐热性和耐溶剂性良好，合成原料来源广泛，适宜工业开发。但是，采用两步法制备的聚酰亚胺纤维的力学性能较低。

申请号为200710050651.1的中国专利申请公开了一种含苯并咪唑结构的聚酰亚胺纤维及其制备方法，该方法采用两步法制备聚酰亚胺纤维，具体为将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和二酐按摩尔比为1∶1的配比在溶剂中进行聚合反应得到聚酰胺酸纺丝原液；然后将该聚酰胺酸纺丝原液进行纺丝和高温热亚胺化，得到聚酰亚胺纤维。该方法通过加入了成本较高的2-(4-胺基苯基)-5-胺基苯并咪唑对聚酰亚胺纤维进行改性，但是，该方法制备的聚酰亚胺纤维的拉伸性能，尤其是拉伸强度有待于进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺纤维及其制备方法，该方法制备的聚酰亚胺纤维具有良好的拉伸性能。

本发明提供一种聚酰亚胺纤维的制备方法，包括：

将二胺类化合物和联苯四酸二酐溶于溶剂中，在-5℃～30℃反应5～20小时，得到聚酰胺酸纺丝溶液，所述二胺类化合物和联苯四酸二酐的摩尔比为1∶0.95～1.05，所述二胺类化合物为摩尔比0.8～0.95∶0.05～0.2的对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑；

将所述聚酰胺酸纺丝溶液依次进行纺丝、酰亚胺化和热牵伸，得到聚酰亚胺纤维。

优选的，所述对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的摩尔比为0.8～0.95∶0.05～0.2。

优选的，所述联苯二酐为3，3’，4，4’-联苯四酸二酐。

优选的，所述溶剂为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

优选的，所述聚酰胺酸纺丝溶液的质量浓度为5wt％～30wt％。

优选的，所述纺丝的工艺为干法纺丝工艺、湿法纺丝工艺或干喷湿纺法工艺。

优选的，所述干喷湿纺法工艺具体为：

将所述聚酰胺酸纺丝溶液由喷丝孔挤出后经过空气层进入凝固浴中，得到聚酰胺酸纤维，喷丝孔孔径为Ф0.08mm～0.2mm，喷拉比为3.0～5.5，喷丝速率为30～100m/min。

优选的，所述空气层的高度为3mm～100mm。

优选的，所述酰亚胺化具体为：

在真空或鼓风条件下，将聚酰胺酸纺丝溶液纺丝后得到的聚酰胺酸纤维在50～60℃热干燥处理1～12h，然后在0.5～10小时时间内，逐步升温至250～500℃。

优选的，所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸具体为：

将所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸，牵伸温度350～550℃，牵伸倍率2.5～4倍，牵伸环境为氮气。

本发明还提供一种聚酰亚胺纤维，结构如式III所示，

m为式IV结构的第一重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，n为式V结构的第二重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，其中，0.8≤m/(m+n)≤0.95，

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种聚酰亚胺纤维的制备方法，该方法以联苯四酸二酐、对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为原料，制备得到全刚性芳杂环结构的聚酰亚胺纤维。本发明中采用联苯四酸二酐和对苯二胺为基本原料，由于以联苯二酐和对苯二胺为基本结构的聚酰亚胺纤维为刚性结构，使聚酰亚胺纤维具有很好的刚性，但是由于刚性过高不利于聚酰亚胺纤维的后续加工过程中聚合物分子链的重新排列，不利于消除聚酰亚胺纤维在制备过程中产生的缺陷，因此本发明加入具有非对称性结构的2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，利用2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑结构的非对称性，增加了制备的聚酰亚胺纤维的柔韧性，使聚酰亚胺纤维在后续加工过程中具有更好流动性，从而使聚酰亚胺纤维的牵伸比增加，提高了纤维的取向度并有利于消除纤维在制备过程中产生的缺陷，从而使制备的聚酰亚胺纤维具有高的拉伸强度。此外，在本发明提供的原料配比条件下制备的聚酰亚胺纤维的分子链排列紧密，氢键作用比较强。因此，与现有技术相比，本发明在降低2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑用量即大幅降低了原料成本的同时，大幅提高了聚酰亚胺纤维的拉伸性能，尤其是拉伸强度。实验结果表明，本发明制备的聚酰亚胺纤维的拉伸强度达到了2.5GPa。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例3制备的热牵伸后聚酰亚胺纤维的扫描电镜图；

图2为本发明实施例3制备的聚酰胺酸纤维和聚酰亚胺初生纤维的红外光谱图；

图3为本发明实施例1～4制备的热牵伸后聚酰亚胺纤维的热重分析图；

图4为本发明实施例3制备的热牵伸后聚酰亚胺纤维的动态热机械分析图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明还公开了一种聚酰亚胺纤维的制备方法，包括：

将二胺类化合物和联苯二酐溶于溶剂中，在-5℃～30℃反应5～20小时，得到聚酰胺酸纺丝溶液，所述二胺类化合物和联苯二酐的摩尔比为1∶0.95～1.05，所述二胺类化合物为摩尔比0.8～0.95∶0.05～0.2的对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑；其中，对苯二胺结构式如式I所示；2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑结构式如式II所示；联苯四酸二酐结构式如式III所示。

将所述聚酰胺酸纺丝液进行纺丝，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维进行酰亚胺化处理，得到聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维进行热牵伸处理，得到聚酰亚胺纤维；

按照本发明，所述将聚酰胺酸纺丝溶液依次进行纺丝、酰亚胺化和热牵伸具体为：

将二胺类化合物和联苯二酐溶于溶剂中，在-5℃～30℃反应5～20小时，得到聚酰胺酸纺丝溶液，所述二胺类化合物和联苯四酸二酐的摩尔比优选为1∶0.95～1.05，更优选为1∶1。所述二胺类化合物中对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的摩尔比优选为0.8～0.95∶0.05～0.2。所述联苯四酸二酐优选为3，3’，4，4’-联苯四酸二酐。所述溶剂优选为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。所述聚酰胺酸纺丝溶液的质量浓度优选为5wt％～30wt％，更优选为10wt％～20wt％。

将制备的聚酰胺酸纺丝溶液过滤，真空脱泡，利用干喷湿纺法工艺、湿法纺丝工艺或干法纺丝工艺对所述聚酰胺酸纺丝溶液进行纺丝，得到聚酰胺酸纤维。

所述利用干喷湿纺法工艺对所述聚酰胺酸纺丝溶液进行纺丝具体为：

将所述聚酰胺酸纺丝溶液由喷丝孔挤出后经过空气层进入凝固浴中，得到聚酰亚胺原丝，所述喷丝孔的孔径为0.08～0.20mm，喷拉比为3.0～5.5，喷丝速率为30～100m/min，所述空气层的高度为3mm～100mm。

所述凝固浴为甲醇、乙醇、乙二醇、丁醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种与水的混合物或甲醇、乙醇、乙二醇、丁醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和水中的任意一种。

所述酰亚胺化优选为：

在真空或鼓风条件下，将聚酰胺酸纺丝溶液纺丝后得到的聚酰胺酸纤维在50～60℃热干燥处理1～12h，然后在0.5～10小时时间内，逐步升温至250～500℃。

按照本发明，所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸具体为：

将所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸，牵伸温度350～550℃，牵伸倍率

2.5～4倍，牵伸环境为氮气。

本发明提供的制备过程如下所示：

本发明制备的聚酰亚胺纤维结构式如式III所示：

式III中，m为式IV结构的第一重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，n为式V结构的第二重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，0.8≤m/(m+n)≤0.95，

本发明制备的聚酰亚胺纤维中的聚合物分子结构处于一种超分子结构状态，聚合物分子链之间排列比较紧密，聚合物分子链间氢键作用比较强，从而使得纤维的拉伸强度和模量，尤其是纤维的拉伸强度有较大的提高；同时，由于2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑结构的不对称性，当少量的引入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑时，会改善聚酰亚胺纤维的刚性从而使纤维的牵伸比增加，提高纤维的取向度并减少纤维的缺陷，从而达到改善纤维力学性能的目的，尤其是拉伸强度的提高。同时也因为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑结构的不对称性，随着2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑在聚酰亚胺结构中含量的增加，聚酰亚胺分子链结构的不对称性增加，纤维单位截面积内所含的聚合物分子链就不断减少，从而导致纤维的强度的降低。因此，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑用量并不是越多越好，只有在合适的含量时才能得到最好的纤维性能，与现有技术相比，本发明在降低2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑用量的同时，使聚酰亚胺纤维具有良好的拉伸性能，降低了成本，有利于工业化的生产。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

将0.475mol对苯二胺和0.025mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1000ml N，N-二甲基乙酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，在-5℃～30℃反应10小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干喷湿纺法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的聚酰胺酸纺丝溶液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为40∶60的N，N’-二甲基乙酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为30孔，孔径Ф0.20mm，喷拉比为3.0倍，喷丝速率为30m/min，空气层高度为70mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得到聚酰亚胺初生纤维，热处理温度从50～500℃，升温速度8℃/分，得到聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在550℃牵伸2.5倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示：

根据本实施例中反应物质的摩尔量可以得到，m∶n为1.9∶0.1。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为0.95GPa，模量95GPa，断裂伸长率3.02％。

实施例2

将0.45mol对苯二胺和0.05mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1000ml N，N-二甲基乙酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，在-5℃～30℃反应10小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干湿法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为40∶60的N，N’-二甲基乙酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为150孔，孔径Ф0.10mm，喷丝速率为100m/min，喷拉比为4.0倍，空气层高度为50mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维。热处理温度从100～500℃，升温速度6℃/分，得到的聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在450℃牵伸3.2倍得到聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.8∶0.2。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为1.85GPa，模量120GPa，断裂伸长率2.30％。

实施例3

将0.425mol对苯二胺和0.075mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1050ml N，N-二甲基乙酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，室温反应10小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干喷湿纺法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为40∶60的N，N’-二甲基乙酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为100孔，孔径Ф0.08mm，喷拉比为4.5倍，喷丝速率为60m/min，空气层高度为30mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维，热处理温度从50～500℃，升温速度3℃/分，得到的聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在在550℃牵伸3.5倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.7∶0.3。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.40GPa，模量130GPa，断裂伸长率3.10％。本实施例制备得聚酰亚胺纤维在热牵伸后的扫描电镜图片如图1所示。

从图1可以看出，纤维在凝固过程中只产生了轻微的皮芯结构，而且在纤维中也没有微孔，纤维结构很致密，充分说明了纤维有良好的性能。

如图2所示，为本实施例中聚酰胺酸纤维和聚酰亚胺初生纤维的衰减全反射傅立叶变换红外光谱图(2000cm^-1以内)，从图2上看出在给定的亚胺化温度下，聚酰胺酸纤维完全转化为聚酰亚胺初生纤维。

如图4所示，为本实施例中热牵伸后的聚酰亚胺纤维的动态热机械分析图，其中损耗角的正切值的最高点对应的温度值即为聚酰亚胺纤维的玻璃化转变温度Tg。从图4以看出，本实施例制备的聚酰亚胺纤维有高的玻璃化转变温度，Tg＝325.6℃，纤维的损耗模量到300℃以上才有些损失，说明该聚酰胺酸纤维在高温下也能保持良好的机械性能。

实施例4

将0.400mol对苯二胺和0.100mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1100ml N，N-二甲基乙酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，在-5℃～30℃反应12小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干湿法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为40∶60的N，N’-二甲基乙酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为150孔，孔径Ф0.10mm，喷丝速率为100m/min，喷拉比为5.5倍，空气层高度为50mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维。热处理温度从100～500℃，升温速度6℃/分，得到的聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在530℃牵伸4.0倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.6∶0.4。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为1.4GPa，模量110GPa，断裂伸长率2.13％。

如图3所示，为实施例1～4中热牵伸后的聚酰亚胺纤维的热重分析图，从图中可以看出，该聚酰亚胺纤维都有很好的耐热性能，其中PI1-PI4为实施例1～4制备的聚酰亚胺纤维。

实施例5

将0.425mol对苯二胺和0.075mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1950ml N-甲基吡咯烷酮中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，在-5℃～30℃反应10小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干喷湿纺法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为1∶1∶6的N-甲基吡咯烷酮、乙醇和水的凝固浴中，喷丝板为100孔，孔径Ф0.08mm，喷拉比为4.2倍，喷丝速率为60m/min，空气层高度为30mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维，热处理温度从50～500℃，升温速度3℃/分，得到的聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在550℃牵伸3.3倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.7∶0.3。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.50GPa，模量120GPa，断裂伸长率3.00％。

实施例6

将0.425mol对苯二胺和0.075mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1210ml N，N-二甲基乙酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，室温反应10小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干喷湿纺法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为1∶1的N，N’-二甲基乙酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为100孔，孔径Ф0.08mm，喷拉比为4.5倍，喷丝速率为60m/min，空气层高度为30mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维，热处理温度从50～500℃，升温速度3℃/分，得到的聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在在550℃牵伸3.1倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.7∶0.3。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.30GPa，模量100GPa，断裂伸长率3.35％。

实施例7

将0.425mol对苯二胺和0.075mol 2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑溶于1950ml N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌状态下加入0.520mol 3，3’，4，4’-联苯四酸二酐，室温反应12小时得到粘稠的聚酰胺酸纺丝溶液，过滤；

将上述过滤后的聚酰胺酸纺丝溶液采用干喷湿纺法技术路线纺丝成型，用计量泵将常温的纺丝浆液精确计量后，由喷丝头挤出后经过空气层进入体积比为1∶1的N，N’-二甲基甲酰胺和水的凝固浴中，喷丝板为100孔，孔径Ф0.08mm，喷拉比为4.8倍，喷丝速率为60m/min，空气层高度为30mm，得到聚酰胺酸纤维；

将所述聚酰胺酸纤维热干燥处理后，在氮气环境下经梯度升温热处理炉处理得聚酰亚胺初生纤维，热处理温度从50～500℃，升温速度3℃/分，得到聚酰亚胺初生纤维；

将所述聚酰亚胺初生纤维在550℃牵伸3.0倍得聚酰亚胺纤维。本实施例制备的聚酰亚胺纤维结构具有式III所示，m∶n为1.7∶0.3。该聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.10GPa，模量100GPa，断裂伸长率3.30％。

比较例1

将均苯四甲酸二酐∶4，4′-二胺基二苯醚∶2-对氨基苯基-5-氨基苯并咪唑10∶9∶1摩尔配比，先将4，4′-二胺基二苯醚和2-对氨基苯基-5-氨基苯并咪唑两种二胺单体加入计量的溶剂N-甲基吡咯烷酮中，使其固含量为12％，然后在氮气保护下搅拌使4，4′-二胺基二苯醚和2-对氨基苯基-5-氨基苯并咪唑全部溶解，再将均苯四甲酸二酐加入搅拌，使之继续在氮气气氛中于15℃反应10小时，得到聚酰胺酸均相溶液；

将所述聚酰胺酸均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干湿法纺丝工艺得到聚酰胺酸纤维，其中所用喷丝孔数为30～100孔，孔径0.1mm，其所用凝固浴为乙醇与水的混合物，使其重量比为50∶50，拉伸倍率为1.5；

将经60℃干燥12小时后的聚酰胺酸纤维，在5cN/dtex的张力条件下，通过热处理即得聚酰亚胺纤维，热处理温度为450℃，时间为5分钟。

本比较例制备的聚酰亚胺纤维的拉伸强度为0.73GPa，模量45.2GPa，断裂伸长率6.9％。

从上述实施例可以看出，本发明制备的本发明制备的聚酰亚胺纤维具有良好的拉伸性能，拉伸强度达到2.5GPa，断裂伸长率达到3.35％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种聚酰亚胺纤维的制备方法，其特征在于，包括：

将二胺类化合物和联苯四酸二酐溶于溶剂中，在-5℃～30℃反应5～20小时，得到聚酰胺酸纺丝溶液，所述二胺类化合物和联苯四酸二酐的摩尔比为1∶0.95～1.05，所述二胺类化合物为摩尔比0.8～0.95∶0.05～0.2的对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，所述联苯四酸二酐为3，3′，4，4′-联苯四酸二酐；

将所述聚酰胺酸纺丝溶液依次进行纺丝、酰亚胺化和热牵伸，得到聚酰亚胺纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N，N′-二甲基甲酰胺、N，N′-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸纺丝溶液的质量浓度为5wt％～30wt％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝的工艺为干法纺丝工艺、湿法纺丝工艺或干喷湿纺法工艺。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述干喷湿纺法工艺具体为：

将所述聚酰胺酸纺丝溶液由喷丝孔挤出后经过空气层进入凝固浴中，得到聚酰胺酸纤维，喷丝孔孔径为Φ0.08mm～0.2mm，喷拉比为3.0～5.5，喷丝速率为30～100m/min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述空气层的高度为3mm～100mm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酰亚胺化具体为：

在真空或鼓风条件下，将聚酰胺酸纺丝溶液纺丝后得到的聚酰胺酸纤维在50～60℃热干燥处理1～12h，然后在0.5～10小时时间内，逐步升温至250～500℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸具体为：

将所述聚酰亚胺初生纤维热牵伸，牵伸温度350～550℃，牵伸倍率2.5～4倍，牵伸环境为氮气。

9.一种聚酰亚胺纤维，其特征在于，结构如式III所示，

式III，

m为式IV结构的第一重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，n为式V结构的第二重复单元在聚酰亚胺纤维中的比例，其中，0.8≤m/(m+n)≤0.95，

式IV，

式V。

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