高强度新型聚酰亚胺纤维的制备与性能研究.docVIP

高强度新型聚酰亚胺纤维的制备与性能研究 前言：聚酰亚胺纤维是一种具有高强高模、耐高低温、耐辐射和优异电绝缘性能的有机高性能纤维。因此在原子能工业、航空航天、国防建设、高速交通、新型建筑、海洋开发、体育器械、防护用具及环保产业等领域具有广阔的应用前景。 由于航空领域、新型材料等方面的巨大发展，再加上聚酰亚胺合成技术的发展和精进，以及对聚酰亚胺高分子结构的深入了解与设计，对其制备过程聚集态结构的研究与控制等方法的应用, 得到了不同化学结构的高强高模、耐高温、耐辐射的聚酰亚胺纤维。 1 聚酰亚胺纤维的性能 由于聚酰亚胺分子结构芳环密度较大，大分子中含有酞酰亚胺结构，为刚性分子，所以聚酰亚胺纤维具有高强度模，尤其在模量方面更为突出。与其他有机高分子纤维相比，聚酰亚胺纤维具有更为优异的力学性能。就拉伸强度而言，它与Kevlar系列的纤维差不多，仅次于PBO纤维。但聚酰亚胺纤维的初始模量则比Kevlar 高出许多,与PBO相当。据文献报道,俄罗斯已开发出一种高强型聚酰亚胺纤维,其拉伸强度可达5.8GPa,模量达到285GPa;日本也开发出一种聚酰亚胺纤维 ,拉伸强度可达4.6GPa,模量达到107GPa。 聚酰亚胺纤维不仅具有高强度模的性能，还具有耐腐蚀、耐氧化、耐高温、阻燃效果好等优异的性能。聚酰亚胺纤维具有突出的耐热性能，对于全芳香族的聚酰亚胺纤维，其起始分解温度一般都在500℃左右，热氧化稳定性十分优越，其膨胀系数较小( ～ 10 -6/℃) 。聚酰亚胺还具有优异耐酸碱腐蚀性和耐辐照性能，经10 － 8 Gy 快电子辐照后其强度保持率仍为90%。极限氧指数高，是一种良好的阻热阻燃材料。普通商品化的聚酰亚胺纤维的相对介电常数大多在3.4 ～ 3.6 之间，通过改性，引入氟、大的侧基等可得到相对介电常数在2.5～ 3.0，介电损耗在10 － 3 的聚酰亚胺材料。使得该纤维在恶劣的工作环境中具有比其它高技术聚合物纤维更大的优势。 2 聚酰亚胺树脂 聚酰亚胺树脂是一种具有高模量、高强度、低吸水率、耐水解、耐辐射，优异绝缘性及耐热氧化稳定性的工程塑料。目前，聚酰亚胺树脂可分为热固性树脂和热塑性树脂两大类。 2、1 热塑性聚酰亚胺 热塑性聚酰亚胺主链上含有亚胺环和芳香环的结构。这类聚酰亚胺具有优异的耐热性和抗氧化性性能。在一200—260℃范围内还具有优异的机械性能、介电和绝缘性能以及耐辐射性能。按所用有机芳香族四酸二酐单体结构的不同，聚酰亚胺又可分为均苯酐型、醚酐型、酮酐型和氟酐型聚酰亚胺等。 2、1、1 均苯酐型聚酰亚胺 均苯酐型聚酰亚胺是最早实现商业化的聚酰亚胺，它是由均苯四甲酸二酐与有机芳香族二胺反应，然后经亚胺化处理生成的不溶不熔的聚酰亚胺。该类聚酰亚胺具有优异的耐热性，属于H级以上的绝缘材料。该材料在500℃以上才开始分解。该聚合物材料对于有机溶剂和油类都是惰性的，不受稀酸影响，但能溶于发烟硝酸和浓硫酸。在强碱的作用下，会使亚胺环断裂发生降解反应。它的抗高能辐射性、电绝缘性、介电性能以及耐磨性能都很优良。聚酰胺酸溶液的储存稳定性差，在室温下存放过程中易发生降解，粘度降低。 2、1、2 醚酐型聚酰亚胺 醚酐型聚酰亚胺由二苯醚四羧酸酐与有机芳香二胺反应得到。此种聚酰亚胺一般在270℃软化，在300--400℃范围内成为粘流态。在390℃于模中保持lh，并不失去其工艺性，可以模塑多次。这类聚合物具有优异的介电性能，室温下的介电性能，室温下介电常数为3.1—3.5。 2、1、3 氟酐型聚酰亚 氟酐型聚酰亚胺由六氟酐和有机芳香二胺反应而得。六氟酐中全部的氢原子被氟取代，因此具有较高的耐热性能和抗热氧化稳定性。这类聚酰亚胺是无定型的，且不会交联，这有助于聚合物的可熔性和分子链的柔顺性。典型的产品如杜邦的NR—150系列材料。室温下机械强度及300℃以上空气中的长期老化后的机械强度都很好。材料的耐水解性好，易于加工，可用于制备层压。。氟配型聚酰亚胺材料具有优良的性能，但该材料的单体成本偏高，这在一定程度上阻碍了材料的大规模应用。 2、1、4 酮酐型聚酰亚胺 酮酐型聚酰亚胺是由二苯甲酮四酸二酐与有机二胺反应而成的。这类材料除具有聚酰亚胺的特性外，还有一个显著特点，即粘接性好。由酮酐和间苯二胺制成的聚酰亚胺是性能优良的耐高温粘结剂，对多种金属、复合材料都具有很好的粘接性能。 2、2 热固性聚酰亚胺 热固性聚酰亚胺材料按封端剂的不同，主要分为PMR型树脂和双马来酰亚胺树脂。 3 聚酰亚胺树脂实例 3、1 热固性聚酰亚胺树脂的制备 此种聚酰亚胺是以来酰亚胺基聚酰亚胺树脂溶液为A 组分，以四马来酰亚胺基双酚A 溶液为B 组分。其制备步骤为：(1) 以马来酰亚胺基聚酰亚胺树脂溶液为A 组分的制备；(2) 以四马来酰亚胺基双酚A 溶液为B 组分的制备；(