一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线及其批量化制备方法技术

一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线及其批量化制备方法，属于化学纤维染色技术领域，解决了目前在黑色聚酰亚胺纤维的制备过程中存在的炭黑颗粒或碳纳米管在聚酰胺酸原液中分散难从而导致的静电纺丝难于连续化进行的问题。本发明专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，通过在聚酰胺酸纺丝原液中混入易碳化可溶性聚合物，得到均相的聚酰胺酸纺丝液；通过静电纺丝工艺、亚胺化处理、低温碳化、热牵伸、加捻得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其断裂强度大于3.0cN/dtex，耐水洗牢度5级，耐日晒牢度6级。本发明专利技术的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线具有色泽均匀、色牢度高、无色差、粗细均匀、力学性能优异等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线及其批量化制备方法
本专利技术属于化学纤维染色
，具体涉及一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线及其批量化制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺纤维是一种综合性能最佳的高性能纤维，其在多方面都显示其优异的性能，在高温防护、民用服装等领域有广泛的应用前景。但大多数芳香族聚酰亚胺由于存在高度共轭结构和/或分子间形成电荷转移络合物使其在可见光区域有强烈的吸收而呈金黄色或深棕色，导致其常规的纤维染色方法很难对其成品进行染色，目前仍是新型纤维染色研究的热点。到目前为止，已有许多有关聚酰亚胺纤维染色研究的报道，其中主要的方法是在其前驱体聚酰胺酸纺丝原液中加入分散染料。聚酰亚胺最主要的制备方法是由聚酰胺酸热亚胺化得到，一般的有机黑色染料在热亚胺化过程中会分解失色或变成其他颜色。所以，目前黑色聚酰亚胺纤维的制备一般是加入炭黑颗粒或碳纳米管来成色。但由于炭黑颗粒间或碳纳米管间有较大的范德华力以及巨大的表面能，易团聚，在纺丝原液中分散性不好，容易引起色差及降低聚酰亚胺纤维的力学性能。静电纺丝是目前制备纳米纤维的最有效方法之一，由于纳米纤维直径超细，如果炭黑颗粒过大，或炭黑颗粒，碳纳米管在纺丝原液中分散不好，严重影响其电纺过程，同时严重影响其纳米纤维的强度，难以形成连续的纳米纤维和长丝纱线。
技术实现思路
为了解决目前在黑色聚酰亚胺纤维的制备过程中存在的炭黑颗粒或碳纳米管在聚酰胺酸原液中分散难从而导致的静电纺丝难于连续化进行的问题，本专利技术提供一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线及其批量化制备方法。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，通过在聚酰胺酸纺丝原液中混入易碳化可溶性聚合物，得到均相的聚酰胺酸纺丝液；通过静电纺丝工艺、亚胺化处理、低温碳化、热牵伸、加捻得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其断裂强度大于3.0cN/dtex，耐水洗牢度5级，耐日晒牢度6级。本专利技术还提供了一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线的制备方法，主要包括以下步骤：(1)将易碳化可溶性聚合物和二胺单体溶解在极性溶剂中，再按二酐单体与二胺单体摩尔比为(0.95～1.05):1的比例向其中加入二酐单体，得到含易碳化可溶性聚合物的聚酰胺酸纺丝液；(2)将含有易碳化可溶性聚合物的聚酰胺酸纺丝液通过静电纺丝工艺制备成聚酰胺酸纳米纤维；(3)利用大滚筒将聚酰胺酸纳米纤维在导电区域收集成聚酰胺酸纳米纤维带，所述大滚筒中的导电区域与绝缘区域间隔平行排布；(4)将聚酰胺酸纳米纤维带通过剥离装置进行剥离处理得到聚酰胺酸纳米纤维束；(5)将聚酰胺酸纳米纤维束通过链式管式炉同时进行亚胺化和易碳化组份低温碳化处理得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维带；(6)将黑色系聚酰亚胺纳米纤维带通过牵伸装置进行热牵伸处理得到高度取向的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝束；(7)将黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝束通过加捻装置进行加捻处理得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线。作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述易碳化可溶性聚合物选自：羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和聚丙烯酸的一种或多种。作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述极性溶剂选自：N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)的一种或多种。作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述二胺单体选自：4,4-二氨基二苯醚二胺(ODA)、对苯二胺(PPD)、联苯二胺(Bz)、4,4-二氨基二苯砜(DDS)和双酚A二醚二胺(BAPP)的一种或多种。作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述二酐单体选自：均苯四甲酸二酐(PMDA)、联苯二酐(BPDA)、二苯醚二酐(ODPA)、二苯酮二酐(BTDA)、二苯硫醚二酐(TDPA)和三苯二醚二酐(HQPDA)的一种或多种。作为优选的实施方式，步骤(1)中，所述易碳化可溶性聚合物的含量为聚酰胺酸纺丝液固含量的1.5～15％。作为优选的实施方式，步骤(3)中，所述大滚筒的导电区域宽度为30～300mm，对应条数为1～8条；绝缘区域宽度为30～300mm，对应条数1～8条；所述大滚筒的直径为1～3m，宽度为0.5～3m。作为优选的实施方式，步骤(5)中，所述亚胺化处理和易碳化组份低温碳化处理的温度均为320～400℃。作为优选的实施方式，步骤(6)中，所述热牵伸处理的温度为400～450℃，牵伸倍数为2～5倍。本专利技术的有益效果是：本专利技术从第一步配制纺丝液原料着手，引入易碳化的聚合物组份，得到聚酰胺酸/碳黑色素前体聚合物的均相混合纺丝液，经静电纺丝得到聚酰胺酸/碳黑色素前体混纺纳米纤维。后者经热亚胺化和易碳化组份的碳化、牵伸和加捻，得到色彩均匀的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线。通过本专利技术的制备方法得到的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线除了具有一般聚酰亚胺纤维的优点外，还具有色泽均匀、色牢度高、无色差、粗细均匀、力学性能优异等特点，为耐高温纳米纤维的染色提供了一种新思路和新方法。本专利技术的制备方法中引入易碳化高分子聚合物在与亚胺化同步的温度下碳化形成黑色碳素，解决了以往炭黑颗粒或碳纳米管在聚酰胺酸原液中分散难，导致静电纺丝难于连续化进行的大难题。该批量化生产方法具有工艺简便快捷、设备投资小、成本低、操作方便、生产效率高、易于实现工业化及连续生产，解决了聚酰亚胺纳米纤维不易染黑色的难题。附图说明图1为本专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线的外观效果图。图2为本专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线的SEM图。具体实施方式本专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，通过在聚酰胺酸纺丝原液中混入易碳化可溶性聚合物，得到均相的聚酰胺酸纺丝液；通过静电纺丝工艺、亚胺化处理、低温碳化、热牵伸、加捻得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其断裂强度大于3.0cN/dtex，耐水洗牢度5级，耐日晒牢度6级。通过调节易碳化可溶性聚合物的种类和添加量，可以制备出从黑色到深灰色以至烟灰色的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线。对本专利技术的一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线进行外观和电镜检测，结果参见图1和图2。由图1和图2可知，本专利技术制备的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线表面毛羽较少，粗细均匀，纱线中的纳米的纤维高度取向。本专利技术还提供了一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线的制备方法，主要包括以下步骤：(1)将一定量的易碳化可溶性聚合物和二胺单体溶解在极性溶剂中，再按二酐单体与二胺单体摩尔比为(0.95～1.05):1比例向其中加入二酐单体，得到含易碳化可溶性聚合物的聚酰胺酸纺丝液，易碳化可溶性聚合物的含量为聚酰胺酸纺丝液固含量的1.5～15％。易碳化可溶性聚合物选自：羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和聚丙烯酸的一种或多种。极性溶剂选自：N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)的一种或多种。二胺单体选自：4,4-二氨基二苯醚二胺(ODA)、对苯二胺(PPD)、联苯二胺(Bz)、4,4-二氨基二苯砜(DDS)和双酚A二醚二胺(BAPP)的一种或多种。二酐单体选自：均苯四甲酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其特征在于，通过在聚酰胺酸纺丝原液中混入易碳化可溶性聚合物，得到均相的聚酰胺酸纺丝液；通过静电纺丝工艺、亚胺化处理、低温碳化、热牵伸、加捻得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其断裂强度大于3.0cN/dtex，耐水洗牢度5级，耐日晒牢度6级。

【技术特征摘要】
1.一种黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其特征在于，通过在聚酰胺酸纺丝原液中混入易碳化可溶性聚合物，得到均相的聚酰胺酸纺丝液；通过静电纺丝工艺、亚胺化处理、低温碳化、热牵伸、加捻得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线，其断裂强度大于3.0cN/dtex，耐水洗牢度5级，耐日晒牢度6级。2.制备权利要求1所述的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将易碳化可溶性聚合物和二胺单体溶解在极性溶剂中，再按二酐单体与二胺单体摩尔比为(0.95～1.05):1的比例向其中加入二酐单体，得到含易碳化可溶性聚合物的聚酰胺酸纺丝液；(2)将含有易碳化可溶性聚合物的聚酰胺酸纺丝液通过静电纺丝工艺制备成聚酰胺酸纳米纤维；(3)利用大滚筒将聚酰胺酸纳米纤维在导电区域收集成聚酰胺酸纳米纤维带，所述大滚筒中的导电区域与绝缘区域间隔平行排布；(4)将聚酰胺酸纳米纤维带通过剥离装置进行剥离处理得到聚酰胺酸纳米纤维束；(5)将聚酰胺酸纳米纤维束通过链式管式炉同时进行亚胺化和易碳化组份低温碳化处理得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维带；(6)将黑色系聚酰亚胺纳米纤维带通过牵伸装置进行热牵伸处理得到高度取向的黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝束；(7)将黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝束通过加捻装置进行加捻处理得到黑色系聚酰亚胺纳米纤维长丝纱线。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述易碳化可溶性聚合物选自：羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳文，付饶，侯豪情，潘萍萍，谢冬，杜晶，
申请(专利权)人：长春高琦聚酰亚胺材料有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22