甲酰胺对PES及PPESK相转化非对称膜结构与性能的影响

采用凝胶相转化法,以聚醚砜(PES)、杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK)为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,通过改变铸膜液中非溶剂添加剂甲酰胺的含量,在平板刮膜机上制备了一系列超滤膜。考察了甲酰胺对铸膜液黏度、膜结构和性能的影响,对PES/DMAc和PPESK/NMP铸膜液体系中甲酰胺的作用规律进行了研究。     

聚酰亚胺膜溶剂体系的筛选及其作用

采用一种新型的可溶性聚酰亚胺ODPA-BAPP为膜材料,分别用溶度参数法和黏度法对溶剂进行了筛选,然后选定N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,分别采用挥发性强的四氢呋喃、丙酮、乙醚作为第二溶剂(共溶剂),讨论了它们对成膜过程中的凝胶速率及形成的膜表面形貌的影响.实验结果表明:(1)NMP对ODPA-BAPP的溶解性最好;(2)第二溶剂的挥发性能越好,浇铸膜时的凝胶速率就越慢,就越利于形成表面致密结构的膜.     

热塑性共聚聚酰亚胺薄膜的合成及性能研究

以2,2′-二甲基-4,4′-二氨基联苯(m-TB)为二胺单体,均苯四甲酸二酐(PMDA)和3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)为二酐单体,N,N′-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用常规的两步法制备了一系列不同二酐比例的热塑性聚酰亚胺,并通过红外光谱仪、X-射线衍射仪、热重分析仪、紫外光谱仪、动态热分析仪、溶解性测试等对共聚聚酰亚胺的结构和性能进行表征.结果表明:在1 780、1 720、1 500、1 380、1 050和725 cm~(-1)处出现明显的吸收峰,说明成功制备了聚酰亚胺材料;共聚聚酰亚胺只在PMDA与BPDA物质的量比为0.2∶0.8时存在结晶峰,其他比例时均为非晶聚合物;亚胺化后的共聚聚酰亚胺在DMSO、DMAc、DMF、NMP和m-cresol中有溶解性,证明成功制备出热塑性聚酰亚胺薄膜;热塑性共聚PI起始分解温度大于500℃,800℃时的质量保持率在50%以上,具有良好的热稳定性;随着聚合物中BPDA含量的提高,热塑性聚酰亚胺薄膜的玻璃化转变温度呈现下降的趋势.当紫外光波长达到400 nm时,薄膜的透光率高达57.6%,当波长为760 nm时,薄膜透光率均达到100%,成功制备了透光率较高的聚酰亚胺薄膜.     

四甲基联苯二胺及有机可溶聚酰亚胺的合成与性能

以对二甲苯为原料,通过溴代、偶合、硝化和还原反应成功合成了2,2′,5,5′-四甲基联苯-4,4′-二胺(TMBPDA)。TMBPDA分别与4,4’-双酚A型二醚二酐(BPADA)和4,4′-双酚AF型二醚二酐(FBDA)通过高温一步法缩聚生成聚酰亚胺PI-A和PI-AF。结果表明,两种聚酰亚胺不仅在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)中展示出良好的有机可溶性,同时拥有优良热性能,由差示扫描量热仪(DSC)测得玻璃化转变温度(Tg)分别为251℃和255℃。此外,两种聚酰亚胺薄膜在可见光范围内具有良好的透明性,在450 nm处的透光率均超过了88%。     

一类具有高光学透明、高可溶聚酰亚胺薄膜的合成与表征

以2,6-二甲基苯胺和苯甲醛为原料,经一步合成反应,制得了一种高纯二胺单体α,α-(3,5-二甲基-4-氨基)苯基甲烷(BADP),将其与4种商品化芳香二酐缩聚,制得了一系列主链含3,3′,5,5′-四甲基和甲苯基结构的聚酰亚胺,特性黏度在0.57～0.84dL/g之间。该聚酰亚胺表现出优异的溶解性能和光学性能:室温下不仅可以溶于高沸点的NMP、DMAc、DMF和m-Cresol等溶剂中,还能溶于低沸点的CHCl3、CH2Cl2等溶剂中,而且大部分聚合物在这类溶剂中的溶解度可达10%(质量分数)以上;所制得的聚酰亚胺薄膜颜色浅、透明性高,截断波长在341～365nm之间,500nm处的透过率均超过85%。此外,该系列聚酰亚胺还表现出良好的热学性能和力学性能:玻璃化转变温度在333℃以上,空气和氮气中10%热失重在440℃和500℃以上;其薄膜的拉伸强度、断裂伸长率和起始模量分别在62～95MPa、8.4%～15.5%和2.2～3.5GPa之间。     

聚酰亚胺纳米纤维的制备及性能表征

为了研究一步法所纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维的结构与性能,采用静电纺丝技术,以热塑性聚酰亚胺粉末为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、吐温80等按一定比例混合的溶液为溶剂,制备了平均直径在0.313~0.785μm的2种PI纳米纤维,并对其结构和性能进行表征。结果表明,所纺纳米纤维表面无微孔,纤维直径随纺丝液浓度的增加而增加;随纺丝电压和纺丝距离的增加而先减小后增加。此外,不同溶剂体系所纺PI纳米纤维的结构和性能存在很大差异,PI DMF-DMAc纳米纤维的结构规整性、力学性能(断裂强度24.8 MPa)和热稳定性(热分解温度535℃)均高于PI Tween80-DMF-DMAc纳米纤维(其断裂强度为16.5 MPa,热分解温度为421℃)。     

聚丙烯腈在不同溶剂中的分子动力学模拟EI北大核心CSCD

用分子动力学模拟方法在333 K对聚丙烯腈(PAN)与二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、碳酸亚乙酯(EC)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)4种不同溶剂形成的溶液进行了研究。从模拟4种溶液体系得到的平衡快照可见,PAN在EC中有最伸展的构象;PAN在各溶剂中的回转半径(Rg)大小顺序为Rg(EC)>Rg(DMF)>Rg(DMAc)>Rg(NMR);PAN链在EC中的分子内N-N原子间径向分布函数(RDF)峰值较在其它溶剂中小,且PAN与EC的分子间RDF峰值最大,PAN与EC之间有最强的相互作用;PAN的均方位移(MSD)曲线显示,PAN链在EC中的移动性最差,说明PAN在EC中的特性黏度最大。以上结果表明,在333 K时,4种溶剂对PAN的溶解能力顺序为EC>DMF>DMAc>NMP。     

含氟-吡啶环聚酰亚胺的合成与性能

用4-苯基-2,6-双[3-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]吡啶(m,p-6FPAPP)作为二胺,3,3′,4,4′-二苯酮四甲酸二酐(BTDA)及2,2-双[4-(3,4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐(BPADA)作为二酐,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过常规的两步法,合成了可溶性含氟聚酰亚胺。用FT-IR、DSC、TGA、UV-vis、溶解性和吸水率测试对聚合物的结构和性能进行了表征。结果表明,FT-IR测试在1780 cm-1、1720 cm-1和1380 cm-1左右出现了聚酰亚胺的特征吸收峰。所得聚酰亚胺在常见溶剂(如间甲酚,DMF,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),二甲基亚砜(DMSO),N-甲基吡咯烷酮(NMP),四氢呋喃(THF))中可溶解;在氮气氛中,玻璃化转变温度(Tg)为202.1℃~219.7℃,10%失重温度为537.0℃~572.8℃,800℃质量保持率为60.7%~63.1%。PI膜的紫外截止波长为375 nm~380 nm,吸水率为0.55%~0.63%。     

一种含烷基取代刚性二胺单体及其聚酰亚胺的合成与表征

以邻甲基苯胺和联苯甲醛为起始原料,经一步有机反应,合成了一种新型二胺单体3,3’-二甲基-4,4’-二氨基-联苯基甲烷(1)。将二胺单体(1)分别与4种商品化芳香二酐经一步法高温缩聚,制得了一系列可溶性聚酰亚胺PI,其特性黏度在0.62~0.80dL/g之间。该类聚酰亚胺表现出优异的溶解性能,室温下不仅可以溶于高沸点的甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,而且还能溶于低沸点的CHCl3、CH2Cl2等溶剂中。由该聚合物溶液涂覆所制聚酰亚胺薄膜具有浅的颜色和高的光学透明性,其中由二胺单体1和二苯醚酐所制薄膜的截断波长在346nm,400nm处的透过率超过70%。此外该系列聚酰亚胺还表现出良好的热学性能,玻璃化转变温度在300℃以上。空气和氮气中10%热失重温度分别在400℃和500℃以上。     

一种含烷基取代刚性二胺单体及其聚酰亚胺的合成与表征EI北大核心CSCD

以邻甲基苯胺和联苯甲醛为起始原料,经一步有机反应,合成了一种新型二胺单体3,3’-二甲基-4,4’-二氨基-联苯基甲烷(1)。将二胺单体(1)分别与4种商品化芳香二酐经一步法高温缩聚,制得了一系列可溶性聚酰亚胺PI,其特性黏度在0.62~0.80dL/g之间。该类聚酰亚胺表现出优异的溶解性能,室温下不仅可以溶于高沸点的甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,而且还能溶于低沸点的CHCl3、CH2Cl2等溶剂中。由该聚合物溶液涂覆所制聚酰亚胺薄膜具有浅的颜色和高的光学透明性,其中由二胺单体1和二苯醚酐所制薄膜的截断波长在346nm,400nm处的透过率超过70%。此外该系列聚酰亚胺还表现出良好的热学性能,玻璃化转变温度在300℃以上。空气和氮气中10%热失重温度分别在400℃和500℃以上。     

Electrospun nanofiber belts made from high performance copolyimide

Electrospun nanofibers based on copolyimides were made, aiming at finding a promising method for improving the mechanical properties of electrospun polyimide nanofibers. The copolyimide had a backbone consisting of 3,3',4,4'-biphenyl-tetracarboxylic dianhydride (BPDA), biphenylamide (BPA) and 4,4'-oxydianiline (ODA) residues. The structure and composition of the copolyimide was controlled by the ratio of rigid BPA and flexible ODA moieties. The electrospun copolyimide nanofibers were collected in the form of a belt using a rotating disc with a rim of 8?mm width. Scanning electron microscopy (SEM), infrared (IR) spectroscopy, x-ray scattering and tensile testing, dynamic mechanical analysis (DMA) and thermogravimetric analysis (TGA) were used to characterize the nanofiber belts. The nanofibers had a diameter range from 80 to 300?nm and were well aligned in the belts. The thermal stability of the nanofiber belts was over 460?°C. The tensile test showed that the copolyimide nanofiber belts had much better mechanical properties than either of the flexible and rigid homo-polyimide (homo-PI) nanofiber belts. The tensile strength, modulus and elongation to break of the copolyimide nanofiber belt with BPA/ODA ratio of 40/60 are respectively 1.1 ± 0.1?GPa, 6.2 ± 0.7?GPa and 20.8 ± 1.2%, compared to 459 ± 36?MPa, 2.1 ± 0.3?GPa and 41.3 ± 2.2% for BPDA/ODA homo-PI as well as 384 ± 18?MPa, 11.5 ± 0.6?GPa and 3.9 ± 0.1% for BPDA/BPA homo-PI. The important feature is that the electrospun polymer nanofibers can be made very strong by using copolyimides as spinning materials.     

聚酰亚胺纤维与碳纤维缠绕复合气瓶性能对比研究

本文主要研究高性能国产聚酰亚胺纤维在复合材料气瓶上的应用,并表征其与进口碳纤维的性能差距.采用国产聚酰亚胺纤维进行缠绕成型工艺优化与复合材料性能测试分析,在测试数据及工艺优化基础上针对其进行了复合材料气瓶的强度设计.分别采用聚酰亚胺纤维、进口T300、T700以及T800碳纤维缠绕成型复合材料气瓶,进行水压爆破压强的测试,并引进声发射检测技术对其在水压过程中的损伤信号进行监测分析.结果表明聚酰亚胺纤维缠绕工艺性良好,与树脂界面结合优异,适用于湿法缠绕成型工艺.复合材料拉伸强度达到1 708 MPa,纤维的强度发挥率高达80%,相比于碳纤维复合材料其呈现出较好的断裂韧性,有利于减少复合材料气瓶在水压下的应力损伤.缠绕成型的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶容器特征系数(PV/W)高达32.2 km,其在航空航天、医用、汽车、核工业等领域具有广阔的应用前景.     

短切聚酰亚胺纤维增强可瓷化三元乙丙橡胶复合材料的制备与性能

以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,高岭土(Kaolin)和滑石粉(Talc)为功能填料,Al(OH)_3为阻燃剂,短切聚酰亚胺纤维(PI Fiber)为增强材料,制备了不同PI纤维含量的可瓷化PI Fiber-Kaolin-Talc-Al(OH)3/EPDM(PKTA/EPDM)复合材料。研究了短切PI纤维对复合材料拉伸性能、热稳定性和微观形貌的影响,分析了短切PI纤维增强复合材料的陶瓷化机制。研究表明,短切PI纤维含量增加会导致可瓷化PKTA/EPDM复合材料拉伸性能下降,当纤维含量与EPDM质量比低于10∶100时,复合材料力学性能良好。可瓷化PKTA/EPDM复合材料在800~1 100℃热解后均发生陶瓷化反应。当PI纤维与EPDM质量比为4∶100~8∶100时,可以有效保持复合材料高温热解后的形状尺寸稳定,并且热解产物弯曲强度在6~18 MPa之间。热分析结果表明,加入PI纤维可以提高可瓷化PKTA/EPDM复合材料的热稳定性。结合热分析和断面SEM分析表明,PI纤维热解、炭化后贯穿在EPDM裂解后的炭层中形成纤维增强炭层结构。这种纤维增强结构在复合材料热解过程中有助于获得尺寸稳定、形状完整的陶瓷产物。     

聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料抗高速冲击性能

采用热压罐成型工艺制备聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料,并采用空气炮冲击实验研究聚酰亚胺纤维体积分数和环境温度对复合材料层板抗高速冲击性能的影响。结果表明:与等面重下TC4钛合金相比,S35聚酰亚胺纤维复合材料抗高速冲击性能更优,且具有优异的高温抗高冲击性能。聚酰亚胺纤维体积分数越高,复合材料层板抗高冲击性能越高,其中,73%体积分数的聚酰亚胺纤维复合材料层板室温弹道吸能可达227.0J,比等面重下TC4钛合金高240%。冲击速率较低时,复合材料弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形凹坑,背弹面出现沿纤维方向的分层开裂;冲击速率较高时,复合材料层板弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向大面积纤维分层开裂。     

聚酰亚胺齐聚物的合成及结构表征

分别以4，4'-二胺基二苯醚(ODA)／3，3’，4，4'-二苯醚四羧酸二酐(ODPA)和4，4’-双酚A二苯醚二胺(BAPP)／8，3’，4，4’-二苯酮四羧酸二酐(BTDA)为原料，以溶液聚合形式合成了两种带有端胺基、重均相对分子质量在7000左右的聚酰亚胺齐聚物，并用红外光谱法对两种齐聚物的结构进行了表征。结果表明，这两种齐聚物均能完全溶于双马来酰亚胺(BMI)树脂的共聚单体(烯丙基双酚A)中，可用于BMI的增韧。     

水环境对聚酰亚胺纤维分散及纸基材料性能的影响

通过改变水环境的电导率、pH值、温度及纤维浓度并以正交试验加以优化,对聚酰亚胺短切纤维悬浮液的分散效果进行研究。采用纤维沉降度、吸光度、Zeta电位表征了不同水环境条件下聚酰亚胺纤维悬浮液的分散性能,确定了实验条件下最佳水环境的相关参数,优选出最适宜的纤维浓度,并对最佳水环境条件下分散后的纤维所成型的聚酰亚胺纤维纸基材料性能进行了探讨。结果表明,在实验条件下,当水体的pH值为6.0,水温为40℃,纤维浓度为4‰且水溶液电导率较低时,聚酰亚胺短切纤维的分散性能更好,成纸孔径分布更加均匀,在此分散工艺下成形的纸基材料的拉伸强度指数为35.9 N/mg,撕裂指数为40.1 mN·m 2/g。     

共聚物链结构对共聚型含氟聚酰亚胺薄膜性能的影响

以4,4'-二氨基-2,2'-双三氟甲基联苯(TFMB)、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(BPDA)为反应单体,改变非含氟BPDA单体在二酐中的配比和加料方式制备出一系列共聚型含氟聚酰亚胺(PI)薄膜并表征和分析其性能,研究了共聚物链结构对其性能的影响。结果表明,BPDA单体的加料方式及其在二酐单体中的比例均影响薄膜的性能。共聚型含氟PI薄膜在室温下均溶于非质子极性溶剂,且在可见光范围内有较高的透光率。随着非含氟二酐单体BPDA含量的提高薄膜的光学性能略有降低而其热性能和力学拉伸性能提高。非含氟二酐单体占二酐单体的比例为68.97%的共聚型PI薄膜,在500 nm处的透过率达到96.01%;非含氟二酐单体占二酐单体比例为35.71%的共聚型PI薄膜失重10%的热分解温度为595.23℃,拉伸强度为100.98 MPa。同时,BPDA加料方式的改变对共聚型PI薄膜的光学性能、热学性能和力学拉伸性能均有不同程度的影响。     

可溶性聚酰亚胺溶剂体系的研究

研究了可溶性聚酰亚胺的溶剂体系,研究了聚酰亚胺在各种纯溶剂及混合溶剂体系中的溶解性能,各种沉剂体系的相对吸水能力,它们及对应的聚酰亚胺溶液与硅片表面的接触角。     

The failure processes,morphology and mechanical properties of a co-polyimide glass based on benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride

The phyiscal structure, failure processes and mechanical properties of solution-soluble copolyimide films based on benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride are reported as a function of sample preparation. The failure processes and mechanical response are modified by the presence of residual solvent and microvoids, which are produced by the elimination of solvent clusters from the glass. The polyimide is amorphous, with the exception of a few isolated clusters of poorly formed spherulites and networks of 50 to 500 nm wide lamellae. The deformation modes observed when thin films were strained directly in the electron microscope were crazing, shear-band deformation and an edge-yielding phenomena. Edge-yielding, which has characteristics of both crazing and shear-banding, occurred in 1 m wide bands which were 20 to 30° to the tensile stress direction. Shear-band deformation occurred in fine -100 nm wide bands, which exhibited a sharp boundary between themselves and their surroundings. TEM indicated that the shear strain was uniform within these bands. Microvoids, 1.5 to 15 nm diameter, were found to initiate shear bands some of which were 1 nm wide. These bands increased in width by tearing at the microvoid initiation sites.