含苯并咪唑結構的高性能聚酰亞胺納米纖維的制備與性能研究.pdf

1、聚酰亞胺（PI）作為一種性能優(yōu)良的特種工程材料，因其優(yōu)異的機械性能、高的熱穩(wěn)定性、良好的耐輻照性及耐化學腐蝕性等，已被廣泛應用于航空航天、國防軍事、生物醫(yī)藥以及微電子等領域。近年來，聚合物的分子主鏈中引入芳雜環(huán)結構已經(jīng)越來越為人們所重視。這是因為芳香族雜環(huán)單元引入 PI分子主鏈中不僅可以改善其電學性能、溶解性等特性，還可明顯地提高其耐熱性和力學性能。作為一種典型的剛性芳雜環(huán),將苯并咪唑結構引入到 PI分子鏈中可以很好地達到上述目的。本文

2、采用2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑（PBIDA）作為二胺單體，通過低溫溶液聚合法制備了一系列含苯并咪唑基團的聚酰胺酸（PAA）溶液，采用靜電紡絲技術成功制備了一系列含苯并咪唑結構的PAA納米纖維，經(jīng)熱亞胺化轉變成PI納米纖維，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、動態(tài)力學分析（DMA）、熱失重分析儀、拉伸儀等對其性能進行了表征；另外，將含苯并咪唑基團的PI納米纖維制成短纖，應用于增強熱塑性聚氨酯薄膜的性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括

3、：⑴BPDA-PBIDA聚酰亞胺納米纖維的制備及其性能表征：以聯(lián)苯四羧酸二酐(BPDA)為二酐單體和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑（PBIDA）為二胺單體，通過低溫溶液聚合法制備BPDA-PBIDA-PAA溶液，再經(jīng)高壓靜電紡絲法和高溫熱亞胺化制備高度取向的PI納米纖維膜。研究了不同亞胺化溫度對PI性能的影響。機械性能測試表明，當亞胺化溫度為370℃時，PI纖維膜的機械性能達最佳，拉伸強度和模量分別為620.97 MPa和4.7

4、8 GPa，斷裂伸長率為22.57％。這主要是因為在該溫度下，納米纖維的分子取向和結晶度達最佳狀態(tài)。動態(tài)力學分析表明，當熱亞胺化溫度在330-400℃之間時，玻璃化轉變溫度（Tg）均為390℃以上。熱失重分析表明，經(jīng)不同亞胺化溫度熱處理的 PI纖維膜，在 N2中，其5%熱失重溫度均為580℃左右，無太大變化，800℃時的碳殘留率均在65%以上，具有較好的熱穩(wěn)定性。⑵BPDA-PBIDA-BPA聚酰亞胺納米纖維的制備及其性能表征：以2-(

5、4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑（PBIDA）和聯(lián)苯二胺（BPA）為二胺單體，與二酐單體聯(lián)苯四羧酸二酐(BPDA)通過低溫溶液聚合法制備一系列三元共聚 PAA（Co-PAA）溶液，采用高壓靜電紡絲法制備高度取向的 Co-PAA納米纖維膜，經(jīng)370℃熱亞胺化，得到一系列 Co-PI納米纖維膜。測試結果表明，當 PBIDA與BPA的摩爾質(zhì)量比為4:6時，拉伸強度為871.35 MPa，該比例下，分子鏈間存在較強的氫鍵，各鏈段間的排列狀態(tài)達最

6、佳，故拉伸強度達最大，同時，模量為7.94 GPa，斷裂伸長率為15.18%；此時，PI仍具有較好的耐熱性，Tg為360.4℃，在N2中，5%熱失重溫度為585.1℃，800℃下的碳殘留率為62%。⑶BPDA-PBIDA PI納米短纖增強熱塑性聚氨酯（PU）的機械性能研究：利用機械粉碎，將BPDA-PBIDA-PAA納米纖維膜制備成短纖，經(jīng)過熱亞胺化轉變成BPDA-PBIDA-PI納米短纖。將該短纖分散在溶劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF

7、）中，以不同的質(zhì)量百分比加入到熱塑性聚氨酯（PU）溶液中，通過流延涂膜法制備一系列含不同質(zhì)量百分比短纖的PU薄膜。結果表明，當短纖含量為5%時，薄膜機械性能達最佳，拉伸強度為72.24 MPa，較純PU增大了約75%；模量為0.02 GPa，較純PU增大了一倍，同時斷裂伸長率為526.67%，保持了較高的柔韌性。而隨著短纖含量的繼續(xù)增加，薄膜中的短纖開始團聚并在表面凸起，過量的短纖破壞了PU薄膜的界面穩(wěn)定性，所以此時，薄膜的強度也開始下