BPDA-DABA-BIA聚酰亞胺高性能纖維的制備.pdf

1、近年來，芳香族聚酰亞胺纖維以其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高低溫性能、介電性能以及耐輻照等特性已受到廣泛關(guān)注，在國防建設(shè)、航空航天、醫(yī)療器械、海洋開發(fā)和微電子等高新技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，但聚酰亞胺纖維的制備一直是高性能纖維領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。為此，本文設(shè)計(jì)合成了一系列三元共聚的芳雜環(huán)聚酰胺酸（PAA）紡絲溶液，采用濕法紡絲成形制備 PAA纖維，再經(jīng)高溫環(huán)化反應(yīng)和熱牽伸制備聚酰亞胺纖維，著重研究聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及纖維成形過程對(duì)纖維性能的影響；為

2、改善纖維成形，利用部分化學(xué)環(huán)化法改善聚酰胺酸溶液的性質(zhì)，以制備結(jié)構(gòu)更加致密、力學(xué)性能更優(yōu)的聚酰亞胺纖維。
　　本文選取了3,3',4,4'-聯(lián)苯四甲酸酐（BPDA）作為二酐單體，4,4'-二氨基苯酰替苯胺（DABA）和5-氨基-2-(對(duì)氨基苯基)苯并咪唑（BIA）為二胺單體，在極性溶劑N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，以不同的二胺配比進(jìn)行共聚反應(yīng)制備新型結(jié)構(gòu)的聚酰胺酸溶液。通過紅外光譜（FTIR）監(jiān)測聚酰胺酸薄膜的環(huán)化反應(yīng)進(jìn)程。

3、紫外可見光分光光譜(Uv-vis)結(jié)果表明，DABA結(jié)構(gòu)的引入有助于改善聚酰亞胺薄膜的光學(xué)性能。制備的聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，在氮?dú)夥諊聼崾е?％和10%時(shí)的熱分解溫度分別為534-545℃和564-580℃。
　　將制備的聚酰胺酸溶液通過兩步法濕法紡絲及環(huán)化工序制備聚酰亞胺纖維，通過調(diào)整凝固浴配比及水浴拉伸比等紡絲參數(shù)探索最佳紡絲工藝。結(jié)果表明不同共聚結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺纖維均具備良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，熱牽伸

4、處理可以明顯提高纖維的斷裂強(qiáng)度和彈性模量。以 BIA:DABA=7:3為例，熱牽伸后的聚酰亞胺纖維的斷裂強(qiáng)度比牽伸前提高了250%，纖維的斷裂伸長率達(dá)到16.0 cN/dtex。動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能測試（DMA）發(fā)現(xiàn)所制備的纖維玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）在346-386℃之間，玻璃化轉(zhuǎn)變活化能為574 kJ/mol。
　　為改善聚合物溶液的可紡性，用三乙胺/乙酸酐作為環(huán)化劑對(duì)聚酰胺酸紡絲漿液進(jìn)行不同程度的部分環(huán)化處理，紅外光譜分析表明，實(shí)際

5、環(huán)化程度與理論環(huán)化程度基本一致。利用濁點(diǎn)滴定的方法測定不同環(huán)化程度的溶液體系(PAA-PI)-DMAc-H2O的三元相圖，對(duì)不同環(huán)化程度的聚合物溶液的三元相圖進(jìn)行了分析，以此探究部分環(huán)化過程對(duì)PAA-PI紡絲液在濕法紡絲雙擴(kuò)散過程的影響，發(fā)現(xiàn)部分環(huán)化有利于在濕紡過程中獲得結(jié)構(gòu)更為致密的纖維。熱失重（TGA）與DMA測試結(jié)果表明，部分環(huán)化有利于改善聚酰胺酸溶液及初生纖維的穩(wěn)定性，可進(jìn)一步提高纖維的力學(xué)性能。其中5%預(yù)環(huán)化樣品的斷裂強(qiáng)度可達(dá)