聚酰亚胺纤维湿法纺丝工艺研究

科技论坛··１０５

聚酰亚胺纤维湿法纺丝工艺研究

李凤梅

（吉林化纤集团奇峰检验处，吉林吉林132115）

摘要：聚酰亚胺纤维所属领域为有机高性能纤维，具有耐高温、耐酸碱、阻燃、高强度特性，高性能纤维是关系到国防建设和国民经济的发展、支撑国家高新科技产业发展的关键性材料，目前我国国内聚酰亚胺纤维研发部门很多，能够形成批量生产的还仅限于高温过滤材料，高强高模量的还处在研发当中。

关键词：聚酰亚胺纤维;纺丝；性能

本文采用将均苯四甲酸二酐（ＰＭＤＡ）和４，４＇－二氨基二苯醚（Ｏ－亚胺化处理变成聚酰

ＤＡ）和联苯二酐在ＤＭＡＣ中进行溶液聚合得到聚酰胺酸（ＰＡＡ）溶液，亚胺纤维，此时的纤

并用该溶液进行湿法纺丝得到ＰＡＡ纤维，用热酰亚胺化法得到聚酰维与天然纤维相比没

亚胺（ＰＩ）纤维。研究了凝固浴组成和工艺条件对ＰＡＡ形态结构和纤有表面卷曲，为了增

维性能的影响。加纤维自身的抱合

聚合过程的控制工艺力，改善可纺性，改善

聚合过程的控制工艺很关键，是否能够得到稳定较高的固含量纤维的弹性、柔软性，

同时又具有高均相的纺丝溶液，直接影响纺丝效率、成纤率和纤维对纤维进行卷曲。为

的综合性能。此聚合反应为缩聚反应，缩聚反应指具有两个或两个了便于后续纺织加工

以上官能团的单体，相互缩合并产生小分子副产物（水、醇、氨、卤化顺利进行，对纤维进

氢等）而生成高分子化合物的聚合反应。生成大分子时，向两个方向行上油处理，处理后

延伸，得到的是线型高分子。的纤维中含有大量的

聚合过程中一般存在主要两方面的难点，具体如下：水，为了去掉多余的

难点一：聚合度不易控制———聚合粘度低，达不到纺丝要求，或水份，对纤维进行第

二次干燥，同时进一图１不同凝固浴中ＰＩ初生纤维的ＳＥＭ照聚合粘度太高造成过滤和纺丝困难。片（凝固浴温度为１５℃）难点二：聚合原液在长期存放极易降解。通过多次试验，不断改步提高纤维的物

——机械性能，进聚合方法，最终掌握了控制粘度的方法，实现粘度可调可控；另一理—烘干后的得到聚酰亚胺成品。

方面通过上百次试验，在聚合达到粘度后加入适量终止剂，终止聚不同凝固浴温度对纤维成型的影响

合，再进行低温出料存放，使得粘度不再下降，实现了聚合物的稳凝固浴的温度不同，对纤维的结构产生很大的影响。在凝固浴定。为５℃和１５℃时，纤维结构密实均匀，纤维呈圆形或者腰圆形，这是

缩聚反应严格控制摩尔比、反应温度、反应时间参数，但大生产由于凝固浴温度较低时，凝固能力缓和，丝束内外部溶剂扩散速率时按实验室做好的配方参数投料后结果却与实验不同，这样就给聚慢，纤维凝固速度慢，皮层柔软，能与芯层同时收缩，但是随着凝固合生产蒙上了神秘的面纱。大生产时物料纯度、颗粒度、反应时间、浴温度升高至１５℃或３０℃，凝固能力增强，纤维凝固速度快，纤维反应温度、环境温湿度，加料先后顺序，间歇时间都对生产有影响，皮层和芯层不能一起收缩，导致皮层变形，使纤维截面呈Ｃ形，且纤控制比较复杂。物料含水要求必须达到极低要求否则得不到较高粘维结构不均匀。不同固含量的原液在同一温度条件下成型也不相度，达不到纺丝要求。同，固含量高的原液形成纤维较致密，空洞少强度高，固含量低的纤

控制措施如下：维相对纤维较疏松，会形成空洞，强度较低，一般在实验中会将固含聚合度控制方面：量低的原液在温度较低的凝固浴中纺丝，得到较致密的纤维，同时ａ．进行聚合用单体及溶剂的聚合级指标确认，包括纯度、含水量固含量低的原液会得到较高聚合度的分子链。

等。通过多次试验确定二酐、二胺、联苯酐、ＤＭＡＣ能达到纺丝使用不同凝固浴对纤维性能的影响

最佳聚合度相应的纯度、含水量指标等。纺丝细流在不同凝固浴中的凝固性能不同，从而导致纤维性能

ｂ．确定达到最佳聚合度的原液的固含量标准，根据要求强度高差异很大，因此凝固浴的选择非常重要。图１考察了不同凝固组成低达到一定粘度和聚合度。对ＰＩ初生纤维截面形貌的影响，分别为水、ＮＭＰ、比例为２：８的水

ｃ．确定达到最佳聚合度的原液的聚合反应最佳配比，二胺：二和ＤＭＡＣ、比例为５：５的水和ＤＭＡＣ。

酐：三单配方。其中图１（ａ）是凝固浴为水所得ＰＩ初生纤维的ＳＥＭ照片。

ｄ．确定达到最佳聚合度的原液的单体粒级别、投料方式及次由图１（ａ）可见，纤维皮层致密，但具有明显的皮芯结构。由于水序、反应时间、温度控制等。的凝固速度太快，丝束内部的溶剂难以扩散出来，这样纤维内部结

ｅ．确定封端剂的种类，使聚酰胺酸达到最稳定状态。构疏松不均匀，最终导致初生纤维具有明显的皮芯结构，从而不利原液储存方面：于纤维在凝固浴中的拉伸。

ａ．确定不同存储温度、湿度聚酰胺酸原液的降解速度。低温存储图１（ｂ）是凝固浴为ＮＭＰ所得ＰＩ初生纤维的ＳＥＭ照片，从图１较好。（ｂ）可见，纤维皮芯结构开始变得模糊，但纤维中心部分结构仍然不

ｂ．确定在一定存储条件下聚酰胺酸原液在满足纺丝要求前提均，较为疏松，纤维呈椭圆形，图１（ｃ）和１（ｄ）中所用凝固浴均为下，最长存放时间。ＤＭＡＣ与水的混合溶液。图１（ｃ）中纤维皮层柔软，皮层能与芯层同

工艺流程如下：先将二胺以一定比例溶于溶剂中，再按配方加时均匀收缩，纤维内部结构均匀密实，截面呈腰圆形。随着混合溶液入一定比例第二单体、第三单体在聚合釜中缩聚形成聚酰胺酸胶中的ＤＭＡＣ比例增大，凝固能力下降，所得初生纤维的ＳＥＭ如图１液，然后经过过滤等多道工序加工成可用于纺丝的纺丝原液，纺丝（ｄ）所示。但这种结构使溶剂扩散速度太慢，不利于ＰＩ初生纤维连原液经过喷丝板喷出到凝固浴中，经过双扩散凝固而成为丝条，形续拉伸，易发生黏丝现象。

成初生纤维。刚离开凝固浴的丝条还未完全成形，故在较低浓度的结论：根据想要纤维的品质，在制作配方时选择合理的各个参ＤＭＡＣ水溶液中进一步成形，同时给予一定倍数的牵伸，提高纤维数，往往是多个参数的组合才能达到想要的结果，在试验时方向要的分子取向度，改善其物理———机械性能。牵伸后的聚酰胺酸纤维找对要向着有利于指标参数进展的方向调整。

需要经过水洗去除纤维内的ＤＭＡＣ，洗净后的纤维需要进行烘干和