一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法与流程

1.本技术属于聚酰亚胺纤维制备技术领域，具体涉及一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法。


背景技术：

2.聚酰亚胺纤维作为一种高性能纤维，具有耐高温、阻燃、绝缘、低介电和耐辐照等性能，应用于航空航天、电子电器、高温滤料等领域，但由于聚酰亚胺纤维本身具有鲜明的金黄色，大大限制了聚酰亚胺纤维在更多领域的应用。目前市场上的蓝色系有机高性能纤维主要是间位芳纶原液着色纤维，尚没有蓝色系聚酰亚胺纤维，这主要是因为：聚酰亚胺纤维本身具有鲜明的金黄色，这会大大降低上色色浆的颜色遮盖能力，上色困难，且上色后色浆附着力较弱，在高温应用条件下有褪色风险；此外，由于蓝色和金黄色都属于三原色，这使得蓝色色浆的上色相比其他颜色遮盖力更弱、上色更困难。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种原液着色蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法，以解决现有蓝色聚酰亚胺纤维上色困难、色浆附着力较弱的技术问题。
4.为了实现上述申请目的，本技术的第一方面，提供了一种蓝色聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：
5.配制含硅烷偶联剂、无机粉体和蓝色色浆的混合物体系，将所述混合物体系在65～75℃条件下进行预处理5～8h；
6.将所述预处理后的所述混合物体系与聚酰胺酸原液混合，得到蓝色聚酰胺酸原液；
7.将所述蓝色聚酰胺酸原液进行纺丝并热处理得到蓝色聚酰亚胺纤维。
8.进一步地，所述混合物体系中所述硅烷偶联剂、所述无机粉体和所述蓝色色浆的重量比为(0.005～0.03):1：(2～10)。
9.进一步地，所述硅烷偶联剂为n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
10.进一步地，所述蓝色聚酰胺酸原液中，所述预处理后的所述混合物体系与所述聚酰胺酸原液固含物的重量比为1:10～2:5。
11.进一步地，所述无机粉体为二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种，所述无机粉体的粒径为1～7μm。
12.进一步地，所述蓝色色浆的固含量为10％～50％。
13.进一步地，所述聚酰胺酸原液的固含量为10％～50％。
14.进一步地，所述纺丝过程为：将所述蓝色聚酰胺酸原液经真空升温脱泡后送入纺丝组件进行纺丝，经纺丝组件喷出后进入干法纺丝甬道，通入热空气使细流固化成纤维，再
经加捻卷绕得到初生纤维；纺丝热风温度为180～240℃，所述初生纤维的卷绕速度为300～600m/min；
15.将所述初生纤维在100～300℃环境下处理1～3h，再经300～500℃牵伸4～7倍，即可得到所述蓝色聚酰亚胺纤维。
16.本技术的第二方面，提供了一种蓝色聚酰亚胺纤维，其采用上述任一项所述的制备方法制备。
17.与现有技术相比，本技术具有以下的技术效果：
18.本技术的一种蓝色聚酰亚胺纤维的制备方法通过在聚酰胺酸原液中添加经过预处理的含硅烷偶联剂、无机粉体和蓝色色浆的混合物体系来对聚酰亚胺纤维进行原液着色，一方面，含氨基的硅烷偶联剂可与无机粉体、蓝色色浆以及聚酰氨酸原液中分子链末端的氨基和氢原子形成稳定氢键，增强无机粉体、蓝色色浆和聚酰氨酸原液分子之间的相互作用力，使得经过纺丝制备出的蓝色聚酰亚胺纤维具有更好的上色能力、提高色浆的附着力，降低其高温褪色风险；另一方面，经过硅烷偶联剂预处理后的无机粉体可进一步增强色浆的着色能力和耐热性，使色浆的颜色遮盖力大幅提高。
19.本技术的蓝色聚酰亚胺纤维具有良好的耐高温褪色能力，且具有优异的抗拉伸性能，柔软性和弹性良好。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，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。
21.图1为本技术实施例1和对比例1提供的蓝色聚酰亚胺纤维的热失重图。
具体实施方式
22.为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
23.本技术中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
24.本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b，或c中的至少一项(个)”，或，“a，b，和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
25.应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
26.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制
本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
27.本技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本技术实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
28.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本技术实施例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
29.第一方面，本技术实施例提供了一种蓝色聚酰亚胺纤维的制备方法，包括以下步骤：
30.(1)配制含硅烷偶联剂、无机粉体和蓝色色浆的混合物体系，将混合物体系在65～75℃条件下进行预处理5～8h；
31.(2)将预处理后的混合物体系与聚酰胺酸原液混合，得到蓝色聚酰胺酸原液；
32.(3)将蓝色聚酰胺酸原液进行纺丝并热处理得到蓝色聚酰亚胺纤维。
33.上述步骤(1)中，本技术实施例的混合物体系中硅烷偶联剂、无机粉体和蓝色色浆的重量比为(0.005～0.03):1：(2～10)。硅烷偶联剂可选为n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(nh2(ch2)nh(ch2)3si(och3)3)、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(nh2(ch2)nh(ch2)3si(och3)3)、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(nh2(ch2)nh(ch2)3si(oc2h5)3)、n-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(nh2(ch2)nh(ch2)3si(oc2h5)3)中的至少一种。混合物体系在进行预处理之前，可通过超声处理0.5～1h以使三者混合均匀。通过对混合物体系进行预处理，使得硅烷偶联剂与无机粉体表面的羟基形成氢键以及与蓝色色浆中的碳氧双键结合形成亚胺键，三者之间形成相互作用力更强的化学键，一方面可以提升混合物体系的分散性，另一方面，三者之间的强相互作用力利于后续与聚酰胺酸原液之间形成强相互作用，进而提升制备出的蓝色聚酰亚胺纤维的上色能力、降低其高温褪色风险等。
34.本技术实施例的无机粉体可选为二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种，无机粉体的粒径为1～7μm。无机粉体一方面可以增强色浆的着色能力，另一方面可以提高聚酰亚胺纤维的耐热性。蓝色色浆的固含量为10％～50％，蓝色色浆可通过市售购买获得。
35.上述步骤(2)中，蓝色聚酰胺酸原液中，本技术实施例的预处理后的混合物体系与聚酰胺酸原液固含物的重量比为1:10～2:5。本技术实施例的聚酰胺酸原液的固含量为10％～50％，聚酰胺酸原液可通过常规方法制备，例如将二胺单体3,4
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二氨基二苯醚和4,4
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二氨基二苯醚按摩尔比1:9加入到适量的n,n-二甲基乙酰胺(dmac)溶剂中，搅拌均匀溶解，在-5℃下加入一定量的3,3’,4,4
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联苯四甲酸二酐，反应2h，控制原液粘度为100poise，之后加入均苯四甲酸二酐(pmda)，搅拌聚合2h即得到聚酰胺酸纺丝原液；其中二酐之和与二胺之和的摩尔比为0.99:1。
36.上述步骤(3)中，纺丝过程为：将蓝色聚酰胺酸原液经真空升温脱泡后送入纺丝组件进行纺丝，经纺丝组件喷出后进入干法纺丝甬道，通入热空气使细流固化成纤维，再经加
捻卷绕得到初生纤维；纺丝热风温度为180～240℃，初生纤维的卷绕速度为300～600m/min；
37.将初生纤维在100～300℃环境下处理1～3h，再经300～500℃牵伸4～7倍，即可得到蓝色聚酰亚胺纤维。
38.本技术实施例的一种蓝色聚酰亚胺纤维的制备方法通过在聚酰胺酸原液中添加经过预处理的含硅烷偶联剂、无机粉体和蓝色色浆的混合物体系来对聚酰亚胺纤维进行原液着色，一方面，硅烷偶联剂可与无机粉体、蓝色色浆以及聚酰氨酸原液中分子链末端的氨基和氢原子形成稳定氢键，增强无机粉体、蓝色色浆和聚酰氨酸原液分子之间的相互作用力，使得经过纺丝制备出的蓝色聚酰亚胺纤维具有更好的上色能力、提高色浆的附着力，降低其高温褪色风险；另一方面，经过硅烷偶联剂预处理后的无机粉体可进一步增强色浆的着色能力和耐热性，使色浆的颜色遮盖力大幅提高。
39.本技术实施例的第二方面，提供了上述制备方法获得的蓝色聚酰亚胺纤维。本技术实施例的蓝色聚酰亚胺纤维具有良好的耐高温褪色能力，且具有优异的抗拉伸性能，柔软性和弹性良好。
40.以下通过多个具体实施例来举例说明本技术实施例的一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法。
41.实施例1
42.本技术实施例1提供一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法，包括以下步骤：
43.(1)将0.036g n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、1.21g二氧化硅和12.08g蓝色色浆超声混合1h，再在70℃温度下反应6h；
44.(2)加入3008g聚酰胺酸原液，于室温下通氮气搅拌4h，得到蓝色聚酰胺酸原液；
45.(3)室温静置脱泡，将原液倒入纺丝料斗，采用喷丝板，通过230℃的干法纺丝甬道,卷绕速度300m/min，经过加捻卷绕得到初生纤维。纺丝工艺稳定，初生纤维经过100℃、200℃、300℃各处理1h，然后使之经过350℃热箱拉伸，拉伸倍数4.0、5.0和6.0倍。拉伸后纤维强度分别为3.5cn/dtex、4.28cn/dtex、6.2cn/dtex，断裂伸长率分别为21％、15％、10％。
46.实施例2
47.本技术实施例2提供一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法，包括以下步骤：
48.(1)将0.047g n-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、1.58g二氧化钛和13.69g蓝色色浆超声混合1h，再在70℃温度下反应6h；
49.(2)加入3124g聚酰胺酸原液于室温下通氮气搅拌4h，得到蓝色聚酰胺酸原液；
50.(3)室温静置脱泡，将原液倒入纺丝料斗，采用喷丝板，通过230℃的干法纺丝甬道，卷绕速度300m/min,经过加捻卷绕得到初生纤维。纺丝工艺稳定，初生纤维经过100℃、200℃、300℃各处理1h，然后使之经过350℃热箱拉伸，拉伸倍数4.0、5.0和6.0倍。拉伸后纤维强度分别为3.78cn/dtex、4.5cn/dtex、5.99cn/dtex，断裂伸长率分别为20％、14％、11％。
51.实施例3
52.本技术实施例3提供一种蓝色聚酰亚胺纤维及其制备方法，包括以下步骤：
53.(1)将0.0534g n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1.78g三氧化二铝和9.05g蓝色色浆超声混合1h，再在70℃温度下反应6h；
54.(2)加入2998g聚酰胺酸原液，于室温下通氮气搅拌4h，得到蓝色聚酰胺酸原液；
55.(3)室温静置脱泡，将原液倒入纺丝料斗，采用喷丝板，通过230℃的干法纺丝甬道,卷绕速度300m/min，经过加捻卷绕得到初生纤维。纺丝工艺稳定，初生纤维经过100℃、200℃、300℃各处理1h，然后使之经过350℃热箱拉伸，拉伸倍数4.0、5.0和6.0倍。拉伸后纤维强度分别为3.72cn/dtex、4.52cn/dtex、6.41cn/dtex，断裂伸长率分别为25％、20％、14％。
56.对比例1
57.其与实施例1不同之处，在于步骤(1)中未添加无机粉体二氧化硅，其他工艺步骤相同。
58.对比例2
59.其与实施例1不同之处，在于步骤(1)中未添加硅烷偶联剂n-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，其他工艺步骤相同。
60.对本技术实施例1和对比例1制备的蓝色聚酰亚胺纤维进行热失重(耐热性)测试分析，以重量损失5％为测试点，测试结果如图1所示。从图1中看到，对比例1未添加无机粉体二氧化硅的蓝色聚酰亚胺纤维，热失重温度tg为527.67℃；而实施例1添加无机粉体二氧化硅的蓝色聚酰亚胺纤维，其热失重温度tg为561.52℃，即添加无机粉体二氧化硅的蓝色聚酰亚胺纤维5％热失重温度提升了33.85℃，表明本技术实施例制备的蓝色聚酰亚胺纤维具有更好的耐热性。
61.对本技术实施例1和对比例1、对比例2制备的蓝色聚酰亚胺纤维进行高温耐热测试实验，实验过程为：分别取实施例1、对比例1、对比例2制备的蓝色聚酰亚胺纤维，将它们置于300℃鼓风干燥箱中，每隔一段时间观察一次纤维的颜色变化情况，实验结果如下表所示：
62.63.从上表看到，与对比例1、对比例2相比，本技术实施例制备的蓝色聚酰亚胺纤维具有更好的耐高温褪色能力，表明在聚酰胺酸纺丝原液中同时添加无机粉体和硅烷偶联剂可提高其耐高温褪色能力。
64.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。