三元共聚-部分環(huán)化法制備聚酰亞胺纖維的研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)纖維是一類(lèi)分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)的高分子材料，具有卓越的機(jī)械、絕緣、耐輻射、耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等性能，屬于高性能纖維。因其在性能和制備方面的突出優(yōu)點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料還是作為功能性材料，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)被人們所認(rèn)識(shí)。特別是耐輻射性能、電絕緣性能比其它高性能纖維更為優(yōu)異，因此可以廣泛應(yīng)用于消防、電子、航天航空和軍事工業(yè)等領(lǐng)域。但其也存在一些缺點(diǎn)，如熔點(diǎn)太高而不易加工，粘結(jié)性能差，易水解，可紡性差，生產(chǎn)成本高等。因

2、此對(duì)PI纖維的制備及改性一直是人們研究的熱點(diǎn)。隨著合成方法的改進(jìn)和紡絲技術(shù)的進(jìn)步，聚酰亞胺纖維的研究和開(kāi)發(fā)工作得到更多的關(guān)注與發(fā)展。本論文在前人工作的基礎(chǔ)上，采用三元共聚/部分環(huán)化法制備PI纖維，并對(duì)纖維的力學(xué)性能、形態(tài)結(jié)構(gòu)以及熱性能等進(jìn)行表征。具體步驟如下： 1.采用兩步法，在均苯四甲酸酐-4,4’-二氨基二苯醚型聚酰胺酸合成基礎(chǔ)上，采用均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、對(duì)苯二胺(PPDA)在溶劑N,

3、N’-二甲基乙酰胺(DMAc)中低溫共聚合成三元共聚酰胺酸(PAA)，并在PAA中繼續(xù)加入一定量酰亞胺化試劑(三乙胺、乙酸酐及DMAc的混合溶液)，從而合成部分環(huán)化的三元共聚PAA。研究發(fā)現(xiàn)，聚酰胺酸溶液的特性粘度受二胺的摩爾配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物的總固含量以及部分環(huán)化劑加入量等因素的影響。在本研究中，引入第三種單體的目的在于破壞分子鏈的規(guī)整性和對(duì)稱(chēng)性，使其結(jié)晶傾向減小，分子鏈的柔順性增加，提高PAA溶液的可紡性；聚合過(guò)程中部

4、分環(huán)化處理同樣使PAA溶液可紡性提高。 2.將PAA溶液進(jìn)行干濕法紡絲，通過(guò)凝固值和凝固速度的測(cè)量，確定了凝固浴的組成和凝固條件。通過(guò)掃描電子顯微鏡、紅外光譜、DMA以及力學(xué)性能等測(cè)試研究了溶液性能以及紡絲工藝對(duì)纖維性能和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。后處理過(guò)程中研究了拉伸氛圍和拉伸比對(duì)部分環(huán)化PAA初生纖維性能的影響。通過(guò)影響因素綜合控制，得到了力學(xué)性能良好，橫截面比較致密的PAA纖維。 3.在采用部分環(huán)化三元共聚PAA纖維制備PI

5、纖維的過(guò)程中，應(yīng)用熱酰亞胺化法、化學(xué)酰亞胺化法以及化學(xué)-熱酰亞胺化法的方法對(duì)部分成環(huán)聚酰胺酸纖維進(jìn)行了酰亞胺化處理，比較了三者對(duì)纖維性能和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。在化學(xué)-熱酰亞胺化過(guò)程中，系統(tǒng)研究了處理氛圍、PAA纖維纏繞方式、升溫方式及處理溫度對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響，從而得到纖維的最佳熱處理方式和條件，最終獲得了橫截面呈圓形，無(wú)孔致密，強(qiáng)度較高的PI纖維。對(duì)聚酰亞胺纖維進(jìn)行紅外光譜和熱分析結(jié)果表明，纖維在300℃時(shí)基本已完成了亞胺化。測(cè)試結(jié)果