基于“綠色”電紡水系聚酰胺酸鹽制備高強(qiáng)度聚酰亞胺微纖維的研究.pdf

1、隨著航空航天、環(huán)境保護(hù)、微電子等領(lǐng)域的快速發(fā)展，各界對高強(qiáng)、高模、耐熱、輕質(zhì)高分子材料的需求也與日俱增。聚酰亞胺是分子主鏈結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺環(huán)的一類高分子材料，其主鏈結(jié)構(gòu)中芳雜環(huán)的高度共軛特性，賦予其纖維高強(qiáng)、高模、耐熱等優(yōu)異性能。近年來，通過靜電紡絲技術(shù)制備的聚酰亞胺納米纖維具有大的比表面積、高孔隙率、高強(qiáng)、高模、耐熱等特性，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池隔膜、能源儲存、高溫過濾、航空航天等領(lǐng)域。盡管通過電紡制備的聚酰亞胺納米纖維具有很高的強(qiáng)度，

2、但是由于纖維的直徑較小，所能承受的斷裂強(qiáng)力也較??；同時，為獲得連續(xù)、均一的纖維，用于電紡的前驅(qū)體聚酰胺酸(PAA)溶液的濃度通常低于20%,這意味電紡溶液中含有大量的有毒、不環(huán)保的溶劑，如DMAC, DMF, NMP等。為解決以上問題，本論文首先制備了易溶于水的聚酰胺酸鹽(PAAS)納米顆粒，通過電紡PAAS/水-乙醇(PAAS/H2O-C2H5OH)溶液，制備了高強(qiáng)度的聚酰亞胺微纖維。具體工作如下：
　　1.聚酰胺酸鹽納米顆粒的

3、制備與表征：采用低溫縮聚和兩步溶劑交換法制備了PAAS粉末。結(jié)果表明：低溫縮聚生成PAA的特性粘度為4.49 dl/g,與N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)反應(yīng)，并經(jīng)兩步溶劑交換后獲得的PAAS的特性粘度為6.36 dl/g；第一步溶劑交換過程中，稀釋濃度對制備PAAS粉末有較大影響，稀釋至5?6%的PAA溶液制備出的PAAS粉末易過濾，操作簡便，制備的顆粒為納米級；此外，分子結(jié)構(gòu)對聚酰胺酸鹽(PAAS)的溶解性有較大的影響，分子鏈中胺鹽

4、的密度越大，其溶解性越好，如PMDA-PDA-PAAS,PMDA-ODA-PAAS易溶于水，而BPDA-ODA-PAAS不溶于水。
　　2.聚酰亞胺微纖維的制備及表征：采用上述制備的易溶于水的PMDA-ODA-PAAS納米顆粒為原料，經(jīng)“綠色”電紡和熱亞胺化后，制備了聚酰亞胺微纖維(PI-MF)纖維膜。測試結(jié)果表明PI-MF纖維表面均一、光滑，纖維的直徑分布較寬，在1.2?3.2?m之間，其平均直徑為1.91?m。機(jī)械性能測試結(jié)果

5、表明，當(dāng)亞胺化溫度為430℃時，PI-MF纖維膜的機(jī)械性能較好，其拉伸強(qiáng)度、模量、斷裂伸長率分別為229 MPa,2 GPa,16.1%。TGA測試結(jié)果顯示，PI-MF纖維膜具有優(yōu)異的耐熱性能，5%熱失重溫度在481?519℃之間，800℃下的碳?xì)埩袈试?3%左右。熱機(jī)械性能測試結(jié)果顯示，PI-MF纖維膜的玻璃轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)382℃，同時其儲能模量即使在高溫下也具有很好的保持率。
　　3.高強(qiáng)度聚酰亞胺微纖維單絲的制備及表征：采用本

6、實驗之前報道的方法， 制備了PI-MF單纖維。其SEM和單纖維的拉伸測試表明，直徑為1.94μm的PI-MF單纖維的拉伸強(qiáng)度、模量、斷裂強(qiáng)力分別為1036 MPa,5.22 GPa,3061μN(yùn)。直徑為3.06μm的PI-MF單纖維的的拉伸強(qiáng)度、模量、斷裂強(qiáng)力分別為989 MPa,8.32 GPa,7270μN(yùn)。同時也說明了，PI-MF單纖維的拉伸強(qiáng)度和模量隨纖維直徑變化不大。然而，PI微纖維的斷裂強(qiáng)力卻從3061μN(yùn)增加到7