热处理过程中聚酰亚胺纤维结构与性能的演变

以联苯二酐与2,5-二(4-氨基苯基)嘧啶、4,4-二氨基二苯醚进行共聚,制备高相对分子质量的聚酰胺酸(PAA)纺丝原液,采用湿法纺丝、热环化、热拉伸制备共聚聚酰亚胺(PI)纤维,研究了热处理过程中PI纤维结构与性能的演变过程。结果表明:当热环化温度高于300℃时,PAA基本环化形成PI结构;在热拉伸作用下,PI纤维的凝聚态结构更加规整,且随拉伸倍数的提高,纤维的晶区取向度增加,同时伴随着力学性能的提升;当热拉伸倍数为2.00时,所得PI纤维的力学性能最佳,其拉伸强度及拉伸模量分别可达到21.8 cN/dtex和642.7 cN/dtex。     

含苯并双咪唑高阻燃共聚聚酰亚胺薄膜的制备及其性能研究

以二胺单体2,2′-对苯基双-(5-氨基苯并咪唑)(PBABI)、 1,4-二氨基苯二胺(p-PDA)与二酐单体3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)进行共聚,制备高相对分子质量的聚酰亚胺(PI)前驱体聚酰胺酸(PAA),再通过热酰亚胺化的方式得到含苯并双咪唑重复单元的高阻燃共聚PI薄膜;研究了PI薄膜的聚集态结构、化学结构、热稳定性、阻燃性能和力学性能。结果表明:随着苯并双咪唑单体的增多,PI薄膜逐渐从有序堆积向无定型结构演变;苯并双咪唑结构促进了PI薄膜体系中形成分子间氢键作用;苯并咪唑的引入使PI薄膜的最大热分解温度提高5℃、玻璃化转变温度提升90℃、拉伸强度提高126 MPa,同时含苯并双咪唑的PI薄膜表现出优异的阻燃性能,极限氧指数提高到54%。     

热拉伸条件对聚酰亚胺纤维结构和性能的影响

研究了热拉伸温度以及拉伸倍率对3,3',4,4'-联苯四甲酸酐(BPDA)、对苯二胺(PDA)以及2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(BIA)三元共聚聚酰亚胺纤维聚集态结构和性能的影响。结果表明:提高热拉伸温度,可促进聚合物分子链运动,形成更规整的聚集态结构;合适的拉伸倍率使纤维获得充分拉伸;在460℃、热拉伸倍率为2.5时,所制备的共聚聚酰亚胺纤维的拉伸强度和弹性模量分别为3.31 GPa和137 GPa,表现出最优的力学性能。     

干法纺聚酰亚胺纤维的结构与性能

以均苯四甲酸二酐、4,4'-二氨基二苯醚、3,3'-二氨基二苯醚为原料,以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,制得聚酰胺酸(PAA)纺丝液,采取干法纺丝制得PAA初生纤维,将PAA初生纤维经过300~380℃的热处理后,得到聚酰亚胺(PI)初生纤维,在400℃下对PI初生纤维进行热拉伸,最终得到PI纤维,研究了热处理温度、热拉伸倍数等对PI纤维的结构与性能的影响,比较了PI纤维与P84纤维和芳纶1313的性能。结果表明:在300~380℃的热处理温度下,随着温度升高,PI纤维的力学性能降低,最佳热处理温度为300℃时制得的PI初生纤维于400℃下进行热拉伸3.0倍,所得PI纤维的断裂强度为5.8 c N/dtex,初始模量为69.4c N/dtex,其力学性能优于P84纤维及芳纶1313;PI纤维在空气中失重5%和10%的温度分别为560,570℃,其起始分解温度高于P84纤维和芳纶1313,热性能更好;PI纤维经高温热拉伸,纤维内部分子链沿纤维轴向高度取向,表现出典型的取向诱导结晶效应。     

含苯并咪唑低热胀聚酰亚胺的合成及性能

以2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PABZ)、对苯二胺(PDA)、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)为原料成功制备了一系列含苯并咪唑的高耐热低热胀聚酰亚胺(PI),并表征了其结构和性能。红外吸收光谱表明聚合物已经亚胺化;X射线衍射表明PABZ的摩尔分数超过5%的聚酰亚胺分子链之间的距离更窄,含20%PABZ的聚合物d间距仅为0.425nm;热重分析表明随着PABZ的加入,1%的失重温度从565℃降低到532℃;热机械分析表明材料线膨胀系数呈先增大再减小的趋势,随着分子链中苯并咪唑含量的增加,线膨胀系数从10.2×10^-6K^-1下降到2.7×10^-6K^-1。通过分子模拟表明:苯并咪唑中的—NH—可以与酰亚胺环的C=O产生氢键,导致分子链之间的间距更小,自由体积分数更小,相互之间作用力更大,拥有更低的线膨胀系数。力学性能测试表明,苯并咪唑的引入,薄膜的拉伸强度和模量小幅上升,断裂伸长率稍微下降。     

二步法制备高强度聚甲醛纤维的工艺及性能研究

首先采用熔融纺丝工艺制备聚甲醛(POM)初生纤维,然后采用二级热箱对初生纤维进行热拉伸及热定型,制备高强度POM纤维;根据POM初生纤维的熔融结晶曲线和等温结晶性能,确定了初生纤维的热拉伸温度;研究了拉伸倍数对纤维力学性能、结晶度和取向度的影响。结果表明:POM初生纤维的热拉伸温度即第一级热箱温度为155℃,热定型温度即第二级热箱温度为120℃;POM纤维的拉伸强度和结晶度随拉伸倍数的增大先增加后降低,初生纤维经9倍拉伸时均达到最大;POM纤维取向度随拉伸倍数的增加而增加,初生纤维经9倍拉伸后趋于稳定;POM初生纤维经9倍拉伸时,所得POM纤维的拉伸强度达到最大值为1.23 GPa,断裂伸长率为21.07%。     

改性氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究

以4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)为单体,以苯基异氰酸酯改性氧化石墨烯(pGO)为填料,通过原位聚合法成功制备了改性氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜。采用红外光谱对其结构进行了表征,并研究其拉伸性能和热稳定性能。结果表明,当填料含量为1%时复合薄膜的拉伸性能最佳,拉伸强度(T_S)达到69.1MPa,拉伸模量(T_M)达到2.31GPa,相对于纯PI薄膜其拉伸强度提高9.3%,拉伸模量提高19.1%;此时复合薄膜的残炭率(Y_c)为60.1%,比纯PI薄膜提高2.7%,最大分解速率时的温度(T_(max))为587℃,比纯PI薄膜提高约8℃,玻璃化转变温度(T_g)为361℃,说明该复合薄膜的拉伸性能和热稳定性能得到一定程度的提高。     

拉伸方式对聚醚醚酮纤维结构和性能的影响

采用进口聚醚醚酮(PEEK)树脂为原料,熔融纺丝制备了PEEK初生纤维,研究了一次拉伸和二次拉伸对PEEK纤维结构和力学性能的影响。结果表明:在150～270℃内,随着拉伸温度的提高,PEEK初生纤维的最大拉伸倍数增大,纤维的取向因子和力学性能提高;一次拉伸和二次拉伸时纤维的最大拉伸倍数相同,纤维的取向度、结晶度和力学性能基本相当,但二次拉伸纤维干热收缩率较低。二次拉伸时,总拉伸倍数相同,随着一段拉伸倍数的增大,纤维取向因子增大,力学性能提高;随着二段拉伸温度的提高,纤维结晶度增大,干热收缩率减小,取向因子基本相同,力学性能更优。     

共聚聚酰亚胺纤维的结构与性能

将均苯四甲酸二酐（PMDA）／4,4＇-二苯醚二胺（ODA）／2-对氨基苯基-5-氨基苯并咪唑（PABZ）共聚体系的聚酰胺酸（PAA）溶液进行湿法纺丝,制成PAA纤维,采用热亚胺化的方法制得聚酰亚胺（PI）纤维。研究了不同的纺丝及其后处理条件对PI纤维结构性能的影响。结果表明：当聚合物中PABZ含量较高时,PAA初生纤维拉伸比较高,热亚胺化温度高,PI纤维的力学性能显著提高。当PABZ／ODA摩尔比为7／3,PAA初生纤维拉伸比为2．48,热处理温度512℃,处理时间5rain时,PJ纤维力学性能最好,其拉伸强度和初始模量分别为10．2,322cN／dtex,PI纤维热性能较好,在510℃左右仍有较好的热稳定性,其玻璃化转变温度为410～433℃。扫描电镜观察和广角X射线衍射分析表明,较高的热亚胺化温度会导致PI纤维内部出现裂纹,结晶度较低为16．63％。     

含嘧啶杂环聚酰亚胺纤维的湿法纺丝成形及结构性能

以2,5-二(4-氨基苯基)嘧啶与3,3',4,4'-联苯二酐聚合得到高分子质量的聚酰胺酸溶液,采用"两步法"湿法纺丝制备聚酰亚胺纤维,研究了凝固浴组成对纤维成形形貌的影响以及热亚胺化、热牵伸作用对纤维聚集态结构的影响。三元相图与扫描电镜结果显示:过快或过慢的凝固速度均不利于形成规则、致密结构的纤维,以体积比5/5的H2O/DMAc混合溶液为凝固浴时,纤维成形较佳。同步辐射结果显示:热环化、热牵伸均可促进纤维形成更为完善的晶态、取向结构。最终得到聚酰亚胺纤维的最高拉伸强度、模量分别达1.72 GPa与95.1 GPa,此外所得纤维具有优异的耐热稳定性。