含苯并咪唑結(jié)構(gòu)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(jī)械性能、高的熱穩(wěn)定性、良好的耐輻照性及耐化學(xué)腐蝕性等，已被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事、生物醫(yī)藥以及微電子等領(lǐng)域。近年來，聚合物的分子主鏈中引入芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來越為人們所重視。這是因?yàn)榉枷阕咫s環(huán)單元引入 PI分子主鏈中不僅可以改善其電學(xué)性能、溶解性等特性，還可明顯地提高其耐熱性和力學(xué)性能。作為一種典型的剛性芳雜環(huán),將苯并咪唑結(jié)構(gòu)引入到 PI分子鏈中可以很好地達(dá)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(tuán)的聚酰胺酸（PAA）溶液，采用靜電紡絲技術(shù)成功制備了一系列含苯并咪唑結(jié)構(gòu)的PAA納米纖維，經(jīng)熱亞胺化轉(zhuǎn)變成PI納米纖維，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）、熱失重分析儀、拉伸儀等對(duì)其性能進(jìn)行了表征；另外，將含苯并咪唑基團(tuán)的PI納米纖維制成短纖，應(yīng)用于增強(qiáng)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?zé)醽啺坊苽涓叨热∠虻腜I納米纖維膜。研究了不同亞胺化溫度對(duì)PI性能的影響。機(jī)械性能測(cè)試表明，當(dāng)亞胺化溫度為370℃時(shí)，PI纖維膜的機(jī)械性能達(dá)最佳，拉伸強(qiáng)度和模量分別為620.97 MPa和4.7

4、8 GPa，斷裂伸長(zhǎng)率為22.57％。這主要是因?yàn)樵谠摐囟认?，納米纖維的分子取向和結(jié)晶度達(dá)最佳狀態(tài)。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明，當(dāng)熱亞胺化溫度在330-400℃之間時(shí)，玻璃化轉(zhuǎn)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(shí)的碳?xì)埩袈示?5%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(cè)試結(jié)果表明，當(dāng) PBIDA與BPA的摩爾質(zhì)量比為4:6時(shí)，拉伸強(qiáng)度為871.35 MPa，該比例下，分子鏈間存在較強(qiáng)的氫鍵，各鏈段間的排列狀態(tài)達(dá)最

6、佳，故拉伸強(qiáng)度達(dá)最大，同時(shí)，模量為7.94 GPa，斷裂伸長(zhǎng)率為15.18%；此時(shí)，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?xì)埩袈蕿?2%。⑶BPDA-PBIDA PI納米短纖增強(qiáng)熱塑性聚氨酯（PU）的機(jī)械性能研究：利用機(jī)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(zhuǎn)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(jié)果表明，當(dāng)短纖含量為5%時(shí)，薄膜機(jī)械性能達(dá)最佳，拉伸強(qiáng)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(shí)斷裂伸長(zhǎng)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(tuán)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(shí)，薄膜的強(qiáng)度也開始下