CN110067084A - 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用 - Google Patents

一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110067084A
CN110067084A CN201910422355.2A CN201910422355A CN110067084A CN 110067084 A CN110067084 A CN 110067084A CN 201910422355 A CN201910422355 A CN 201910422355A CN 110067084 A CN110067084 A CN 110067084A
Authority
CN
China
Prior art keywords
residue
electrospinning
preparation process
electrospinning fibre
spinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910422355.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110067084B (zh
Inventor
侯豪情
欧阳文
程楚云
王�琦
吕晓义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGXI XIANCAI NANOFIBERS TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
JIANGXI XIANCAI NANOFIBERS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGXI XIANCAI NANOFIBERS TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical JIANGXI XIANCAI NANOFIBERS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201910422355.2A priority Critical patent/CN110067084B/zh
Publication of CN110067084A publication Critical patent/CN110067084A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110067084B publication Critical patent/CN110067084B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0076—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the collecting device, e.g. drum, wheel, endless belt, plate or grid
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/74—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polycondensates of cyclic compounds, e.g. polyimides, polybenzimidazoles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005—Synthetic yarns or filaments
    • D04H3/009—Condensation or reaction polymers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • D04H3/03—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random
    • D04H3/033—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments at random reorientation immediately after yarn or filament formation
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2331/00—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products
    • D10B2331/14—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products polycondensates of cyclic compounds, e.g. polyimides, polybenzimidazoles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本发明涉及化学纤维纺丝技术领域，具体涉及到一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺及应用。一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后，与溶剂一起加入到聚合反应釜中，得到聚酰胺酸纺丝原料液；步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布；步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成宽度在0.5‑5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束；步骤四：将上述电纺纤维束加捻得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。

Description

一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺及应用
技术领域
本发明属于化学纤维纺丝技术领域，更具体地，本发明涉及一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺及应用。
背景技术
聚酰亚胺(PI)纤维由于具有独特的刚性芳杂环结构，被视为最具潜力的高性能纤维材料之一。由于其具有优异的力学，热学及介电性能等，从而被广泛应用在航空航天，高温耐热，电子器件等领域。
目前，制备PI纤维较常用的方法为两步法，即通过二酐与二胺单体在极性溶剂中进行缩聚反应得到聚酰胺酸(PAA)预聚体，通过湿法纺丝工艺制备PAA初生纤维，再经过热亚胺化或化学亚胺化过程得到PI纤维。
然而对于目前静电纺丝技术还只是用来制造非织造布或在工业非织造布上喷涂一个纳米蛛网薄层，一般面密度在1g/m2左右，也能制造不连续的、线密度较大的粗纱线，且常规纤维纱线的线密度在6Tex以上，纱线的支数一般小于150支，绝大多数在100支以下，因此还没有技术能连续制造同时满足超小线密度或超高支数、机械性能优异的电纺(纳米)纤维纱。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后，与溶剂一起加入到聚合反应釜中，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成宽度在0.5-5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
其中，所述单体(I)为二酐，其结构通式为：
单体(II)为二胺，其结构通式为：
H2N-R2-NH2 (Ⅱ)；
所得到的聚酰亚胺具有以下化学结构通式：
其中n值为100-400之间的自然数；R1为C4-C30的二酐单体的残基结构，选自均苯四酸二酐残基、联苯二酐残基、二苯砜二酐残基、三苯二醚二酐残基、联三苯二酐残基、2.6－联二苯嘧啶二酐残基、二苯酮二酐残基、3,6桥烯环己四酸二酐残基、六氟丙酮二苯二酐残基、联苯二酚二苯二醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、2,2-丙酮联二苯二酐残基中的一种或多种；R2为C6-C30二胺单体的残基结构，选自二苯醚二胺残基、对苯二胺残基、二甲氧基联苯二胺残基、二苯基甲烷二胺残基、间苯二胺残基、联苯二胺残基、二苯氧基二苯酚二胺残基、2-甲基二苯醚二胺残基、2,6-嘧啶联二苯二胺残基、(3,3’-二甲基)二苯甲烷二胺残基中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述纺丝原料液制备过程中的溶剂为极性有机溶剂，选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述纺丝原料液制备过程中反应条件为：不锈钢反应釜的聚合反应温度为0-30℃，反应时间为1-10小时。
作为一种优选的技术方案，所述纺丝原料液的绝对粘度为1.5-5.5Pa·s。
作为一种优选的技术方案，所述静电纺丝的加工参数为：喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8-50cm，高压静电场的电场强度为100-650kV/m，不锈钢网带的走带速度为0.2-5m/min。
作为一种优选的技术方案，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为5-10m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度160-220℃；第二段牵伸放卷速度为3-8m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度280-320℃；第三段牵伸放卷速度为1-5m/min，牵伸比为1-3倍，牵伸温度380-420℃。
作为一种优选的技术方案，所述加捻工艺参数为：加捻放卷速度为5-80m/min，捻度为300-2600捻/m。
本发明第二个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱，根据上述制备工艺制备得到。
作为一种优选的技术方案，所述超高支长线纱的单股支数为500-2000公支或300-1200英支，连续长度大于2000米。
本发明第三个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱在高档面料、高档服装、超薄高性能纤维布、高性能复合膜材料、高性能复合板材料、高性能缆绳和拉索中的应用。
有益效果：采用本发明所述的制备工艺制备得到的超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱的支数在1000-2000公支，连续长度大于2000米，解决了目前难以连续制造超小线密度或超高支数的电纺(纳米)纤维纱的技术难题，为制造这种纤维提供了一种高效且先进的制备工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。
本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后，与溶剂一起加入到聚合反应釜中，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成宽度在0.5-5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻得到支数在500-2000公支，连续长度大于2000米的超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
步骤一
本发明所述的一种超高支聚酰亚胺电纺纤维长线纱，其化学组成或结构是由单体(Ⅰ)和(Ⅱ)两类单体通过缩合聚合得到聚酰胺酸纺丝原料液。
在一种优选的实施方式中，所述单体(I)为二酐，其结构通式为：
其中R1是以下二酐残基结构的一种或多种：
在一种优选的实施方式中，所述单体(II)为二胺，其结构通式为：
H2N-R2-NH2 (Ⅱ)；
其中R2是以下二胺残基结构中的一种或多种：
在一些实施方式中，所得到的聚酰亚胺具有以下化学结构通式：
在一种优选的实施方式中，上述n值为100-400之间的自然数；R1为C4-C30的二酐单体的残基结构，选自均苯四酸二酐残基、联苯二酐残基、二苯砜二酐残基、三苯二醚二酐残基、联三苯二酐残基、2.6－联二苯嘧啶二酐残基、二苯酮二酐残基、3,6桥烯环己四酸二酐残基、六氟丙酮二苯二酐残基、联苯二酚二苯二醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、2,2-丙酮联二苯二酐残基中的一种或多种；R2为C6-C30二胺单体的残基结构，选自二苯醚二胺残基、对苯二胺残基、二甲氧基联苯二胺残基、二苯基甲烷二胺残基、间苯二胺残基、联苯二胺残基、二苯氧基二苯酚二胺残基、2-甲基二苯醚二胺残基、2,6-嘧啶联二苯二胺残基、(3,3’-二甲基)二苯甲烷二胺残基中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中，所述缩聚反应中二酐单体的物质总量与二胺单体的物质总量之比始终保持为1:1。
在一种优选的实施方式中，所述纺丝原料液制备过程中的溶剂为极性有机溶剂，选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
更优选的，所述纺丝原料液制备过程中的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；进一步优选的，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为(3-6)：1复配得到混合溶剂；最优选的，所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂。
在一种优选的实施方式中，所述纺丝原料液制备过程中反应条件为：不锈钢反应釜的聚合反应温度为0-30℃，反应时间为1-10小时。
在一种优选的实施方式中，所述纺丝原料液的绝对粘度为1.5-5.5Pa·s。
更优选的，所述纺丝原料液的绝对粘度为2-5Pa·s；进一步优选的，所述纺丝原料液的绝对粘度为2-4Pa·s。
这里描述的绝对粘度也叫动力黏度，它是液体以1cm/s的流速流动时，在每平方厘米液面上所需切向力的大小，单位为“Pa·s”。绝对粘度数值采用数字显示粘度计SNB-1测量。
在一种优选的实施方式中，所述步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在0-30℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应1-10小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为1.5-5.5Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液。
步骤二
本发明步骤二是将上述得到的纺丝原料液经静电纺丝成聚酰胺酸纤维毡或非织造布。
在一种优选的实施方式中，所述静电纺丝的加工参数为：喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8-50cm，高压静电场的电场强度为100-650kV/m，不锈钢网带的走带速度为0.2-5m/min。
更优选的，所述静电纺丝的加工参数为：喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为10-30cm，高压静电场的电场强度为200-500kV/m，不锈钢网带的走带速度为1-4m/min。
在一种优选的实施方式中，所述步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8-50cm，高压静电场的电场强度为100-650kV/m，不锈钢网带的走带速度为0.2-5m/min，收集得到电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布。
发明人发现通过上述工艺以及上述工艺参数的设置，所提供的产品具有较高的支数，优异的连续长度，对于本产品，这些参数的设置对于制备本发明的超高支PI电纺纤维长线纱非常重要，在电场强度不足时，发明人发现该情况则不会有纤维产生，此外调整上述工艺中的参数，使得溶剂挥发速度在适宜的情况下，纤维的固化速度也随之改变调整到适宜的情况，此时纤维拉出的空间就会更长，从而容易劈裂形成超高支的纤维。
步骤三
本发明所述步骤三是将上述得到的电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成条、之后再高温下亚胺化牵伸成超细取向丝束。
在一种优选的实施方式中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为5-10m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度160-220℃；第二段牵伸放卷速度为3-8m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度280-320℃；第三段牵伸放卷速度为1-5m/min，牵伸比为1-3倍，牵伸温度380-420℃。
在一种优选的实施方式中，所述取向电纺纤维束的纤维取向度大于75％。
这里描述的取向度是指指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。取向度数值采用MC68VZ328的数字式纤维声速取向度测量仪测量。
在一种优选的实施方式中，所述步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成宽度在0.5-5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为5-10m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度160-220℃；第二段牵伸放卷速度为3-8m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度280-320℃；第三段牵伸放卷速度为1-5m/min，牵伸比为1-3倍，牵伸温度380-420℃。
发明人在研究的过程中发现不采用切条直接拉伸时，纤维由于缔合现象容易缠结或断丝，所以将其分切成长条，意外的发现当宽度在0.5-5.0厘米时，得到的纤维具有很高的支数以及较长的长度，发明人推测这可能是因为在聚酰亚胺热牵伸过程中，采用较短宽度长条时，一方面在较低温度下晶区以及非晶区容易发生大量亚胺化而导致在较高温度下一定程度上抑制亚胺反应的进行，使体系亚胺化分布不均，导致纤维容易发生缠结，另一方面相对牵伸过大，分子链容易断裂而出现断丝现象，连续长度较小；而若切的条过宽，一方面更容易导致分子间的物理缔合作用，从而使纤维发生缠结，另一方面，非晶区结构和晶区结构的亚胺化程度差异较大，导致体系取向度降低，使得机械性能下降，因此采用上述合理的宽度时不仅使得纤维取向增大，还使得机械性能仍然保持。
其次，发明人发现为了使得本发明长纱线的支数以及连续长度最优时，在切条之后再采用本发明所述的热牵伸亚胺化工艺能达到最好的效果，这是因为第一段牵伸温度为160-220℃，在此温度区间内，无序结构的非晶区分子运动力增强，因此采用1-5倍张力牵伸对后续的亚胺化反应起到一定程度的促进，在内应力作用下进行取向，而在该阶段若温度在此之下，则有序取向分子链运动不足导致后续整体亚胺化程度不高，体系亚胺化分布不均，内应力通过物理振动被消耗，机械性能下降，接下来采用第二阶段温度为280-320℃进行1-5倍牵伸，非晶区开始发生亚胺化反应，随着取向度的增加，亚胺化结构含量增多，使得分子链取向结构更加有利于形成具有较大面积的芳香层结构，增加内应力，之后采用第三阶段温度为380-420℃，随着晶区亚胺化反应，体系形变量减少，断裂伸长率降低，因此调整拉伸倍数1-3时，有效避免因物理重排来不及发生而导致大量亚胺化反应后导致的取向度降低，使芳香层结构不断生长增大，提高机械性能，因此结合本发明所述只有在上述的三段不同热牵伸工艺下使得聚酰亚胺纤维产生更多的亚胺化芳香结构，在外力作用下沿纤维轴向延展性更好。
步骤四
本发明所述步骤四是将上述电纺纤维束进行加捻形成超高支电纺聚酰亚胺纤维长纱线。
在一种优选的实施方式中，所述加捻工艺参数为：加捻放卷速度为5-80m/min，捻度为300-2600捻/m。
在一种优选的实施方式中，所述步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为5-80m/min，捻度为300-2600捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
本发明第二个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱，根据上述制备工艺制备得到。
在一种优选的实施方式中，所述超高支长线纱的单股支数为500-2000公支或300-1200英支，连续长度大于2000米。
这里描述的支数有公支和英支，都是表示纱线的粗细，支数越高，纱线越细，公制支数＝1.715英制支数。
本发明第三个方面提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱在高档面料、高档服装、超薄高性能纤维布、高性能复合膜材料、高性能复合板材料、高性能缆绳和拉索中的应用。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在0℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应10小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为2.3Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
其中，所述单体(Ⅰ)是R1为联苯二酐残基的具有通式(Ⅰ)结构的二酐，所述单体(Ⅱ)是R2为二苯醚二胺残基的具有通式(Ⅱ)结构的二胺；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8cm，高压静电场的电场强度为100kV/m，不锈钢网带的走带速度为1m/min，收集得到聚酰胺酸非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸非织造布分切成宽度在0.5厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，纤维束的取向度为78％，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为1倍，牵伸温度160℃；第二段牵伸放卷速度为3m/min，牵伸比为1倍，牵伸温度280℃；第三段牵伸放卷速度为1m/min，牵伸比为1倍，牵伸温度380℃；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为5m/min，捻度为300捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
实施例2
实施例2提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在30℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应1小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为3.8Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
其中，所述单体(Ⅰ)是R1为六氟丙酮二苯二酐残基的具有通式(Ⅰ)结构的二酐，所述单体(Ⅱ)是R2为2,6-嘧啶联二苯二胺残基的具有通式(Ⅱ)结构的二胺；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为50cm，高压静电场的电场强度为650kV/m，不锈钢网带的走带速度为5m/min，收集得到聚酰胺酸非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸非织造布分切成宽度在5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，纤维束的取向度为80％，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为10m/min，牵伸比为5倍，牵伸温度220℃；第二段牵伸放卷速度为8m/min，牵伸比为5倍，牵伸温度320℃；第三段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度420℃；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为60m/min，捻度为2600捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
实施例3
实施例3提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在20℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应5小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为3.3Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
其中，所述单体(Ⅰ)是R1为联苯二酚二苯二醚二酐残基的具有通式(Ⅰ)结构的二酐，所述单体(Ⅱ)是R2为(3,3’-二甲基)二苯甲烷二胺残基的具有通式(Ⅱ)结构的二胺；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为10cm，高压静电场的电场强度为200kV/m，不锈钢网带的走带速度为1m/min，收集得到聚酰胺酸非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸非织造布分切成宽度在2厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，纤维束的取向度为84％，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为8m/min，牵伸比为2倍，牵伸温度200℃；第二段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为2倍，牵伸温度280℃；第三段牵伸放卷速度为2m/min，牵伸比为2倍，牵伸温度380℃；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为45m/min，捻度为1100捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
实施例4
实施例4提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在20℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应5小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为2.8Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
其中，所述单体(Ⅰ)是R1为二苯硫醚二酐残基的具有通式(Ⅰ)结构的二酐，所述单体(Ⅱ)是R2为二苯醚二胺残基的具有通式(Ⅱ)结构的二胺；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为30cm，高压静电场的电场强度为500kV/m，不锈钢网带的走带速度为4m/min，收集得到聚酰胺酸非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸非织造布分切成宽度在4厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，纤维束的取向度为85％，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为8m/min，牵伸比为5倍，牵伸温度220℃；第二段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为5倍，牵伸温度300℃；第三段牵伸放卷速度为2m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度400℃；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为45m/min，捻度为1100捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
实施例5
实施例5提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后按照摩尔比为1：1加入到聚合反应釜中，在20℃加入质量为单体总质量的5.5倍的溶剂，反应5小时后加入适量N,N-二甲基乙酰胺稀释至绝对粘度为2.6Pa·s，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
其中，所述单体(Ⅰ)是R1为二苯硫醚二酐残基的具有通式(Ⅰ)结构的二酐，所述单体(Ⅱ)是R2为2,6-嘧啶联二苯二胺残基的具有通式(Ⅱ)结构的二胺；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺按照体积比为4.5：1复配得到混合溶剂；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，其中，所述喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为28cm，高压静电场的电场强度为260kV/m，不锈钢网带的走带速度为3m/min，收集得到聚酰胺酸非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸非织造布分切成宽度在3.5厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束，纤维束的取向度为93％，其中，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为8m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度210℃；第二段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度300℃；第三段牵伸放卷速度为2m/min，牵伸比为2倍，牵伸温度390℃；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻，其中，所述加捻放卷速度为45m/min，捻度为1100捻/m，最后得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
对比例1
对比例1提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中非织造布分切成宽度在0.1厘米的细长条。
对比例2
对比例2提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中非织造布分切成宽度在20厘米的细长条。
对比例3
对比例3提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中不含第二段牵伸工艺。
对比例4
对比例4提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中不含第三段牵伸工艺。
对比例5
对比例5提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为8m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度210℃；第二段牵伸放卷速度为2m/min，牵伸比为2倍，牵伸温度390℃；第三段牵伸放卷速度为5m/min，牵伸比为3倍，牵伸温度300℃。
对比例6
对比例6提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中非织造布分切成宽度在0.2厘米的细长条，且不含第二段牵伸工艺。
对比例7
对比例7提供了一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，制备工艺与实施例5的不同之处在于，所述步骤三中非织造布分切成宽度在10厘米的细长条，且不含第二段牵伸工艺。
性能评价
1.纤维的力学性能：使用美国INSTRON公司型号为Instron-12111万能材料实验机测定纤维的拉伸强度；每组测试试样个数为5个，取其平均值。
2.单股支数：单股支数以公制支数表示，即表示单位质量(g)的纤维或纱线所具有的长度，每组测试试样个数为5个，取其平均值。
3.连续长度：连续长度即连续制造纱线的长度，每组测试试样个数为5个，取其平均值。
表1

Claims (10)

1.一种超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
步骤一：将单体(Ⅰ)和单体(Ⅱ)提纯后，与溶剂一起加入到聚合反应釜中，得到聚酰胺酸纺丝原料液；
步骤二：将纺丝原料液在高压电场中实施静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布；
步骤三：将上述所得电纺聚酰胺酸纳米纤维毡或非织造布分切成宽度在0.5-5.0厘米的细长条，并将此长条进行热牵伸亚胺化形成取向电纺纤维束；
步骤四：将上述电纺纤维束加捻得到超高支电纺聚酰亚胺纤维长线纱。
其中，所述单体(I)为二酐，其结构通式为：
单体(II)为二胺，其结构通式为：
H2N-R2-NH2 (Ⅱ)；
所得到的聚酰亚胺具有以下化学结构通式：
其中n值为100-400之间的自然数；R1为C4-C30的二酐单体的残基结构，选自均苯四酸二酐残基、联苯二酐残基、二苯砜二酐残基、三苯二醚二酐残基、联三苯二酐残基、2.6－联二苯嘧啶二酐残基、二苯酮二酐残基、3,6桥烯环己四酸二酐残基、六氟丙酮二苯二酐残基、联苯二酚二苯二醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、二苯硫醚二酐残基、2,2-丙酮联二苯二酐残基中的一种或多种；R2为C6-C30二胺单体的残基结构，选自二苯醚二胺残基、对苯二胺残基、二甲氧基联苯二胺残基、二苯基甲烷二胺残基、间苯二胺残基、联苯二胺残基、二苯氧基二苯酚二胺残基、2-甲基二苯醚二胺残基、2,6-嘧啶联二苯二胺残基、(3,3’-二甲基)二苯甲烷二胺残基中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述纺丝原料液制备过程中的溶剂为极性有机溶剂，选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述纺丝原料液制备过程中反应条件为：不锈钢反应釜的聚合反应温度为0-30℃，反应时间为1-10小时。
4.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述纺丝原料液的绝对粘度为1.5-5.5Pa·s。
5.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述静电纺丝的加工参数为：喷丝口到不锈钢网带收集器的间距为8-50cm，高压静电场的电场强度为100-650kV/m，不锈钢网带的走带速度为0.2-5m/min。
6.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述热牵伸亚胺化工艺参数为：牵伸加工为三段5辊牵伸：第一段牵伸放卷速度为5-10m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度160-220℃；第二段牵伸放卷速度为3-8m/min，牵伸比为1-5倍，牵伸温度280-320℃；第三段牵伸放卷速度为1-5m/min，牵伸比为1-3倍，牵伸温度380-420℃。
7.根据权利要求1所述的超高支PI电纺纤维长线纱的制备工艺，其特征在于，所述加捻工艺参数为：加捻放卷速度为5-80m/min，捻度为300-2600捻/m。
8.一种超高支PI电纺纤维长线纱，其特征在于，根据权利要求1-7中任一项所述的制备工艺制备得到。
9.根据权利要求8所述的超高支PI电纺纤维长线纱，其特征在于，所述超高支长线纱的单股纱线的支数为500-2000公支或300-1200英支，连续长度大于2000米。
10.一种根据权利要求9所述的超高支PI电纺纤维长线纱在高档面料、高档服装、超薄高性能纤维布、高性能复合膜材料、高性能复合板材料、高性能缆绳和拉索中的应用。
CN201910422355.2A 2019-05-21 2019-05-21 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用 Active CN110067084B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910422355.2A CN110067084B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910422355.2A CN110067084B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110067084A true CN110067084A (zh) 2019-07-30
CN110067084B CN110067084B (zh) 2020-07-14

Family

ID=67371171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910422355.2A Active CN110067084B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110067084B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111249823A (zh) * 2020-03-31 2020-06-09 江西师范大学 一种五层对称聚酰亚胺纳米纤维高效耐用空气滤片
CN112695402A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 中国科学院长春应用化学研究所 一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103132240A (zh) * 2013-02-06 2013-06-05 深圳中兴创新材料技术有限公司 一种纳米纤维非织造布、制备方法及其应用
CN104947211A (zh) * 2015-05-27 2015-09-30 西安工程大学 膜裂法静电纺连续纳米纤维纱装置及制备纳米纤维纱方法
CN105543991A (zh) * 2016-01-13 2016-05-04 郑州大学 一种螺旋结构石墨烯纤维及其制备方法和应用
CN105603561A (zh) * 2016-03-15 2016-05-25 吉林高琦聚酰亚胺材料有限公司 一种聚酰亚胺纳米纤维纱线及其适合工业化生产的制备方法
CN106757448A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 北京化工大学 一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法及装置
CN106835412A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 嘉兴学院 一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置
CN107675288A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 长春高琦聚酰亚胺材料有限公司 一种聚酰亚胺超短纤维及其制备方法
CN107841808A (zh) * 2016-09-21 2018-03-27 北京航空航天大学 一种多尺度螺旋结构纤维束及其制备方法
CN107858780A (zh) * 2016-09-21 2018-03-30 北京航空航天大学 一种高强度高弹性弹簧状纤维束的制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103132240A (zh) * 2013-02-06 2013-06-05 深圳中兴创新材料技术有限公司 一种纳米纤维非织造布、制备方法及其应用
CN104947211A (zh) * 2015-05-27 2015-09-30 西安工程大学 膜裂法静电纺连续纳米纤维纱装置及制备纳米纤维纱方法
CN105543991A (zh) * 2016-01-13 2016-05-04 郑州大学 一种螺旋结构石墨烯纤维及其制备方法和应用
CN105603561A (zh) * 2016-03-15 2016-05-25 吉林高琦聚酰亚胺材料有限公司 一种聚酰亚胺纳米纤维纱线及其适合工业化生产的制备方法
CN107841808A (zh) * 2016-09-21 2018-03-27 北京航空航天大学 一种多尺度螺旋结构纤维束及其制备方法
CN107858780A (zh) * 2016-09-21 2018-03-30 北京航空航天大学 一种高强度高弹性弹簧状纤维束的制备方法
CN106757448A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 北京化工大学 一种聚合物熔体膜内微流控超细纤维制备方法及装置
CN106835412A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 嘉兴学院 一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置
CN107675288A (zh) * 2017-10-19 2018-02-09 长春高琦聚酰亚胺材料有限公司 一种聚酰亚胺超短纤维及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111249823A (zh) * 2020-03-31 2020-06-09 江西师范大学 一种五层对称聚酰亚胺纳米纤维高效耐用空气滤片
CN112695402A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 中国科学院长春应用化学研究所 一种聚酰亚胺纤维及其制备方法
CN112695402B (zh) * 2020-12-24 2022-12-20 中国科学院长春应用化学研究所 一种聚酰亚胺纤维及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110067084B (zh) 2020-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110195278A (zh) 一种超高支pi-psa电纺纤维长线纱的制备工艺及应用
CN102345177B (zh) 一种高强高模聚酰亚胺纤维及其制备方法
CN105603561B (zh) 一种聚酰亚胺纳米纤维纱线及其适合工业化生产的制备方法
CN106835329B (zh) 一种聚酰胺5x中强丝及其制备方法
CN102191581B (zh) 聚酰亚胺纤维及其制备方法
CN104831400A (zh) 一种低粘度芳族聚噁二唑溶液及由其制得的纤维
CN105239188B (zh) 一种聚酰胺‑酰亚胺共聚物纤维的制备方法
CN110067084A (zh) 一种超高支pi电纺纤维长线纱的制备工艺及应用
CN101984157A (zh) 聚酰亚胺纤维及其制备方法
CN110195277B (zh) 石墨烯涂敷碳掺杂pi复合导电纳米纤维长线纱的制备方法
CN102978734B (zh) 一种细旦/超细旦聚酰亚胺纤维的制备方法
CN110129934A (zh) 电纺聚丙烯腈纳米纤维连续长线纱的制备方法和应用
Song et al. The structure and properties of polyethylene oxide reinforced poly (metaphenylene isophthalamide) fibers
CN107002300B (zh) 碳纤维前体纤维、碳纤维及碳纤维的制造方法
CN114737318A (zh) 一种聚酰亚胺基高导热石墨纳米纤维膜的制备方法
JPWO2009028590A1 (ja) 生産性の高い高強度ポリエチレン繊維、及びその前駆体、並びに前駆体の製造方法
CN101487143B (zh) 一种聚酰亚胺纤维的制备方法
Bao et al. Fabrication and properties of polyimide copolymer fibers containing pyrimidine and amide units
CN102383217A (zh) 一种聚酰亚胺纤维及其制备方法
CN110205726A (zh) 一种电纺碳掺杂聚酰亚胺导电纳米纤维长线纱的制备工艺
CN105525382A (zh) 粘度可控聚酰胺酸溶液的制备方法
CN106835342A (zh) 使用bpda/pda系列聚酰亚胺制备高强度的聚合物纳米纤维
CN110184668A (zh) 一种高性能聚酰亚胺纤维的制备方法
CN110079903A (zh) 电纺尼龙纳米纤维连续长线高支纱的制备方法和应用
CN110144649A (zh) 电纺聚丙烯腈基纳米碳纤维连续长线纱的制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant