含氮雜環(huán)的芳香族聚酰胺耐熱性能研究.pdf

1、芳香族聚酰胺纖維是重要的有機合成纖維之一。其中，含氮雜環(huán)的芳香族聚酰胺纖維，是一種主鏈由芳環(huán)和雜環(huán)組成的高聚物纖維，其具有優(yōu)異的物理機械性能、熱氧穩(wěn)定性、阻燃性及優(yōu)良的電絕緣性能，其中耐高溫性能甚是優(yōu)良，使其成為航空航天、軍工的優(yōu)選結(jié)構(gòu)材料，尤其是在制備高性能軍工產(chǎn)品方面有極其重要的應(yīng)用。對含氮雜環(huán)的芳香族聚酰胺耐熱性能的研究可以認(rèn)識芳環(huán)和雜環(huán)在受熱條件下的變化規(guī)律，有助于指導(dǎo)該類聚合物及纖維的制備、改性和應(yīng)用。
　　本文總結(jié)了國

2、內(nèi)外雜環(huán)芳香族聚酰胺的研究發(fā)展現(xiàn)狀，并對熱分析聯(lián)用技術(shù)在高分子材料熱性能研究中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)說明。從國產(chǎn)純芳環(huán)與含雜環(huán)的芳香族聚酰胺纖維，以及本課題自制的全雜環(huán)芳香族聚酰胺聚合物與纖維的入手，運用熱重-紅外(TG-FTIR)、裂解-色譜/質(zhì)譜(Py-GC/MS)、熱重-質(zhì)譜(TG-MS)等熱分析聯(lián)用儀器對PPTA纖維、F-12纖維、芳綸III以及SVM型聚合物、初生絲和拉伸絲，在不同氣氛下的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，詳細(xì)探討并比較了其熱失重

3、過程、產(chǎn)物的揮發(fā)性和殘留物質(zhì)以及動力學(xué)研究。
　　由于F-12纖維和芳綸III都是在PPTA纖維的基礎(chǔ)上引入不同比例的雜環(huán)鏈節(jié)，三者在熱穩(wěn)定性以及熱裂解等過程中有所區(qū)別，總體表現(xiàn)為耐熱性 F-12纖維＞芳綸III＞PPTA纖維。結(jié)合逸出氣體和熱解殘留物的紅外譜圖，低溫時，酰胺鍵斷裂，水解反應(yīng)為主，隨著溫度升高，熱降解機制加強，纖維碳化。運用Py-GC/MS得到了纖維在不同溫度下的裂解產(chǎn)物，也為TG-MS分析提供了依據(jù)，裂解過程中，

4、生成的苯環(huán)化合物會進(jìn)一步分解和重組，形成相對穩(wěn)定的化合物。質(zhì)譜圖中，無論在惰性氣氛還是空氣中，由于雜化鏈節(jié)的存在，F(xiàn)-12纖維和芳綸III均比PPTA纖維的離子流峰值范圍廣，水解、均裂、氧化在不同的溫度范圍有不同的強調(diào)。
　　SVM型聚合物、初生絲和拉伸絲在惰性氣體和空氣氣氛中的熱失重都是一步完成的。惰性氣體中，通過Py-GC/MS發(fā)現(xiàn)，熱解過程中，分子鏈的斷裂主要是解聚作用，隨后形成的各種苯環(huán)化合物發(fā)生二次裂解或重組，形成相對穩(wěn)

5、定的苯環(huán)化合物，溫度升高則生成更為穩(wěn)定的小分子碎片；由于三種SVM型芳香族聚酰胺的熱穩(wěn)定性不同，因此分解反應(yīng)溫度存在10~20℃左右的差異。在氦氣中的TG-MS分析則進(jìn)一步說明了Py-GC/MS的結(jié)果。在空氣氣氛中，離子流強度峰值明顯變寬，說明一些不穩(wěn)定的苯環(huán)化合物之間進(jìn)行著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化和重組，隨著溫度的升高形成穩(wěn)定的苯環(huán)化合物或者氧化為小分子碳氧化物和氮氧化物。
　　此外，在不同升溫速率（5，10，15，20℃/min）下，還