一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
涉及一種基于分子組裝的復(fù)合材料制備方法。更具體地，本發(fā)明涉及 一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚吡嚨具有較強(qiáng)的耐熱性和抗氧化性能，能夠形成高性能纖維。但是聚吡嚨難以 熔融和難以溶解于有機(jī)溶劑，難以用靜電紡絲的方法制備成聚吡嚨納米纖維。傳統(tǒng)的聚吡 嚨纖維是通過將其溶解在超強(qiáng)質(zhì)子酸中制備成的，這樣制成的纖維太粗。尼龍具有優(yōu)良的 力學(xué)性能、耐磨損性和自潤滑性能，可以廣泛應(yīng)用于交通器材、電氣設(shè)備、汽車、機(jī)械部件等 領(lǐng)域，但是目前市場上多個(gè)領(lǐng)域?qū)δ猃埖哪蜔嵝砸笤絹碓礁摺Ｄ猃埖哪蜔嵝院涂寡趸?弱限制了尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料在耐高溫和易氧化條件下的應(yīng)用，例如在汽車發(fā)動機(jī)、電子 元件等領(lǐng)域。目前需要一種能夠制備聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合納米材料的方法，制備出高性能 的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合納米材料，具有較高的力學(xué)性能和耐熱性、抗氧化性、耐磨損性和 尺寸穩(wěn)定性等性能，可用在較高溫度和容易發(fā)生熱氧化的條件下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法，利用該方法能夠制備出性能優(yōu)異的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合納米材料，并且制 備出的材料可以在較高溫度和易發(fā)生熱氧化的條件下使用。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料的制備方 法，其包含以下步驟：
[0005] (1)配置用于靜電紡絲的混合溶液，混合溶液包含以下重量百分?jǐn)?shù)的組分：四胺和 四酸5~20%，其中，四胺與四酸物質(zhì)的量比為1.0~2.0:1.0~3.0;聚酰胺共聚物5~20%， 溶劑60 %~90 % ;
[0006] (2)將(1)中所得混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，制得前驅(qū)體納米纖維；
[0007] (3)將(2)中所得前驅(qū)體納米纖維進(jìn)行熱處理，制成聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料。
[0008] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，所述四胺選自以下物質(zhì)中的一種或幾種：
[0009] 3,3'，4,4'_聯(lián)苯四胺、1，2,4,5_苯四胺、2,3,5,6_四氨基吡啶、3,3'，4,4'_四氨基 二苯硫醚、1，4-雙(3'，4'-二氨基苯氧基)苯、1，3-雙(3'，4'-二氨基苯氧基)苯、1，2-雙(3'， 4'_二氨基苯氧基)苯、4,4'_雙(2-二氨基苯氧基)二苯砜、3,3'，4,4'_四氨基二苯砜、3,3'， 4,4'-四氛基二苯甲酬、1，2,5,6-四氛基蔡、3,3'，4,4'-四氛基二苯甲燒、2,2-雙-[4-(3,4_ ^氣基苯氧基)苯基]丙烷。
[0010] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，所述四酸選自以下物質(zhì)中的一種或幾種：
[0011] 3,3'，4,4'_聯(lián)苯四甲酸、3,3'，4,4'_二苯酮四甲酸、3,3'，4,4'_二苯醚四甲酸、3， 3'，4,4'_二苯基甲烷四甲酸、3,3'，4,4'_雙三氟甲基二苯基四甲酸、1，4,5,8-萘四甲酸、1， 2,4,5_苯四甲酸、3,3'，4,4'_二苯硫醚四甲酸、3,3'，4,4'_三苯二醚四酸、雙酚A二醚四酸、 2,3,3'，4'_聯(lián)苯四羧酸、2,2'，3,3'_聯(lián)苯四羧酸。
[0012]在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，所述聚酰胺共聚物具有如下的結(jié)構(gòu)：
[ooni ?·, %
[0014] 其中RjPR2選自以下基團(tuán)中的一種或幾種:聯(lián)苯基、二苯酮基、二苯醚基、二苯基甲 烷基、對-α，ι-二三氟甲基-芐基)-苯基、萘基、苯基或其他含有兩個(gè)苯環(huán)以上的烴基；
[0015] 其中R3選自以下基團(tuán)中的一種或幾種:含有4個(gè)碳以上的脂肪族、脂環(huán)族、芳香族、 帶有側(cè)基的脂肪族、脂環(huán)族、芳香族、含有咪唑環(huán)的二元胺殘基；
[0016] 其中R4選自以下基團(tuán)中的一種或幾種：含有4個(gè)碳以上的脂肪族、脂環(huán)族、芳香族 或帶有側(cè)基的脂肪族、脂環(huán)族、芳香族的二元酸殘基。
[0017] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，所述聚酰胺共聚物中R3為含有咪唑環(huán)的二元胺的殘基。
[0018] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，上述聚酰胺共聚物中m值為0.7，n值為0.3。
[0019] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法中，所述溶劑選自以下物質(zhì)中的一種或幾種:N，N-二甲基乙酰胺、N，N_二甲基 甲酰胺、鄰苯二甲酸二甲酯、N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰三胺、二甲亞砜、二苯砜、環(huán)丁砜、 間甲酸。
[0020] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法，所述步驟(2)中的紡絲過程溫度為0~30°C。
[0021] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材 料的制備方法，所述步驟(3)中熱處理過程如下:將步驟(2)中的得到的前驅(qū)體納米纖維在 50~100°C條件下真空干燥5~8小時(shí);然后在高純氮?dú)饣蚨栊詺怏w保護(hù)下，升溫至120~180 °C下恒溫50~70min;繼續(xù)升溫至280~300°C下恒溫20~30min;再升溫至350~380°C下恒 溫30~60min;所述過程中各階段的升溫速率為2~4°C/min。
[0022] 本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料，該纖維復(fù)合材料由本 發(fā)明上述方法制備而成。
[0023] 在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料，纖維直徑為 100~1800nm〇
[0024] 參考以下詳細(xì)說明更易于理解本申請的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參考本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的詳述以及實(shí)施例可更容易地理解本發(fā)明的內(nèi)容。在 以下說明書和權(quán)利要求書中會提及大量術(shù)語，這些術(shù)語被定義為具有以下含義。
[0026] 在本申請說明書和權(quán)利要求書中，范圍限定可以組合和/或互換，如果沒有另外說 明這些范圍包括其間所含有的所有子范圍。詞語"包括"無意排除其他、添加劑、組分、整數(shù) 或步驟。說明書和權(quán)利要求書中的近似用語用來修飾數(shù)量，表示本發(fā)明并不限定于該具體 數(shù)量，還包括與該數(shù)量接近的可接受的而不會導(dǎo)致相關(guān)基本功能的改變的修正的部分。在 某些例子中，近似用語可能對應(yīng)于測量數(shù)值的儀器的精度。
[0027] "聚合物"表示通過相同類型的單體或不同類型的單體聚合而制備的聚合化合物。 一般性術(shù)語"聚合物"包括術(shù)語"均聚物"、"共聚物"等。
[0028] "共聚物"表示通過將至少兩種不同類型的單體聚合而制備的聚合物，包括術(shù)語 "二元共聚物"、"三元共聚物"，也包括將四種或更多單體聚合而制備的聚合物；"二元共聚 物"通常表示由兩種不同單體制備的聚合物。
[0029] 本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料的制備 方法，其包含以下步驟：
[0030] (1)配置用于靜電紡絲的混合溶液，混合溶液包含以下重量百分?jǐn)?shù)的組分：四胺和 四酸5~20%，其中，四胺與四酸物質(zhì)的量比為1.0~2.0:1.0~3.0;聚酰胺共聚物5~20%， 溶劑60 %~90 % ;
[0031 ] (2)將(1)中所得混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，制得前驅(qū)體納米纖維；
[0032] (3)將(2)中所得前驅(qū)體納米纖維進(jìn)行熱處理，制成聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料。
[0033]本發(fā)明是使用的術(shù)語"聚吡嚨"是由四胺和四酸聚合而成聚合物，是由芳環(huán)或萘環(huán) 等與咪唑和吡咯環(huán)相連而成的梯形(BBL)或半梯形聚合物(BBB)。
[0034] 上述合成方法中，四胺和四酸形成羧酸銨鹽溶液難以用靜電紡絲的方法來制備納 米纖維，聚酰胺共聚物的加入可以起到增粘劑的效果，能夠使得混合溶液易于靜電紡絲。同 時(shí)，聚酰胺共聚物與聚吡嚨的預(yù)聚體共同進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲得到的前驅(qū)體納米纖維 進(jìn)行熱處理后，可制得聚吡嚨/尼龍納米纖維復(fù)合材料。這種方法既可以制得高性能的聚吡 嚨/尼龍纖維復(fù)合材料，又解決了難以用靜電紡絲的方法制備聚吡嚨納米纖維的問題。
[0035] 在一種實(shí)施方式中，優(yōu)選地，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維 復(fù)合材料的制備方法，所述用于靜電紡絲的混合溶液包含以下重量百分?jǐn)?shù)的組分：四胺和 四酸12%，其中，四胺與四酸的物質(zhì)的量比為1:1;聚酰胺共聚物12%，溶劑76%;將混合溶 液進(jìn)行靜電紡絲，制得前驅(qū)體納米纖維;將前驅(qū)體納米纖維進(jìn)行熱處理，制成聚吡嚨/尼龍 纖維復(fù)合材料。
[0036] -種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的一種基于分子組裝的聚吡嚨/尼龍纖維復(fù)合材料 的制備方法中，上述用于靜電紡絲的混合溶液的粘度在3000~lOOOOOmPa · s之間。
[0037] 在