聚酰亞胺纖維的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)纖維作為高性能纖維具有高強(qiáng)高模、耐高低溫、耐輻射、優(yōu)異的介電性、熱穩(wěn)定性和絕緣性能，因此其廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)、醫(yī)療器械、防護(hù)用具及環(huán)保產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著合成技術(shù)的改進(jìn)和紡絲技術(shù)的發(fā)展，聚酰亞胺纖維得到了更加廣泛的關(guān)注和發(fā)展。
　　 本文以均苯四甲酸酐(PMDA)和實(shí)驗(yàn)室自制二胺為原料在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中高溫合成了聚酰亞胺溶液，探討了不同溶劑、單體配比、反應(yīng)時(shí)間、投料固含量與聚酰胺酸特性黏度的關(guān)系以及

2、聚酰胺酸亞胺化時(shí)間和亞胺化溫度對(duì)合成高分子量聚酰亞胺的影響，利用紅外光譜分析、熱重分析、示差掃描量熱分析等方法對(duì)合成的聚酰胺酸和聚酰亞胺進(jìn)行表征，結(jié)果表明:室溫條件下，投料固含量為16％、二酐和二胺的摩爾配比為1∶1的兩種單體在N-甲基吡咯烷酮反應(yīng)6小時(shí)可以得到分子量較高的聚酰胺酸溶液，對(duì)其進(jìn)行酰亞胺化，亞胺化溫度和時(shí)間分別為190℃和8小時(shí)可以獲得特性黏度約為0.8dL/g，亞胺化程度為88％的聚酰亞胺。
　　 利用旋轉(zhuǎn)流變儀

3、研究聚酰亞胺紡絲液的流變性能，采用濁點(diǎn)滴定法探討聚酰亞胺-N-甲基吡咯烷酮-水(PI-NMP-H2O)三元體系相分離行為，結(jié)果表明:聚酰亞胺紡絲液的表觀黏度隨溶液溫度的升高而下降，隨溶液濃度的升高而增大，在低剪切速率下聚酰亞胺溶液的表觀黏度變化很小或基本不變，表現(xiàn)為牛頓流體，隨剪切速率的增加，溶液呈現(xiàn)剪切變稀的非牛頓流體性質(zhì)，并且隨著溫度的上升，溶液呈剪切變稀行為的臨界剪切速率變高;溶液的黏流活化能隨剪切速率的增加而下降，隨溶液濃度的增

4、加而增大;溶液的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)隨溫度的升高而降低，隨濃度的下降而降低。用濁點(diǎn)滴定法確定了PI-NMP-H2O三元體系濁點(diǎn)組成，隨著滴定液中溶劑含量的增加，滴定液凝固能力逐漸緩和;隨著溫度的升高，溶劑的溶解性能越好，滴定液的凝固能力越緩和;PI-NMP-H2O三元體系在發(fā)生相分離時(shí)體系組成存在線性關(guān)系，根據(jù)這一線性關(guān)系可繪制PI-NMP-H2O體系的雙節(jié)線得到三元相圖，根據(jù)三元相圖可知紡絲液濃度越高、凝固浴溫度越低，可以得到結(jié)構(gòu)密實(shí)、孔洞較

5、少、分布均與、性能較好的PI初生纖維。
　　 為了獲得纖維結(jié)構(gòu)密實(shí)、孔洞較少、分布均勻的聚酰亞胺纖維，以NMP和水作為凝固浴，對(duì)聚酰亞胺溶液進(jìn)行濕法紡絲，結(jié)果表明:在凝固浴溫度為10℃，凝固浴中N-甲基吡咯烷酮濃度為50％，第一凝固浴中噴絲頭拉伸比和第二凝固浴中塑性拉伸比分別2倍和1.5倍，可以得到纖度、斷裂強(qiáng)度、初始模量和斷裂伸長(zhǎng)率分別為7.95dtex、0.27cN/dtex、13.56cN/dtex、5.2％的聚酰亞胺初生

6、纖維。為了提高聚酰亞胺初生纖維的力學(xué)性能和耐熱性能，對(duì)聚酰亞胺初生纖維進(jìn)行熱處理，結(jié)果表明:在氮?dú)夥諊拢瑹崽幚頃r(shí)間和溫度分別為30min和340℃，聚酰亞胺纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度和初始模量可以分別達(dá)到9.23dtex、0.61cN/dtex、17.22cN/dtex，比原絲的斷裂強(qiáng)度和初始模量分別提高了7.02％和1.12％。通過(guò)對(duì)原絲的熱處理，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸變高，并且熱處理溫度為340℃時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到最大為278.46℃，