含四單體可溶性聚酰亞胺的制備及可紡性研究.pdf

1、聚酰亞胺是綜合性能最佳的高分子材料之一，目前已受到了人們的廣泛重視。聚酰亞胺分子中穩(wěn)定的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)使其分子鏈具有很強的剛性，因此聚酰亞胺具有很高的耐熱性能以及其它優(yōu)良特性。然而這種結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致普通聚酰亞胺難熔融，難溶解，加工成型困難，限制了其在很多方面的應(yīng)用。因此，在保持聚酰亞胺耐熱性等優(yōu)良性能的同時，提高聚酰亞胺的溶解性是改善加工性能的重要途徑之一。
　　本論文采用四種單體進行多元共聚，通過在分子鏈中引入非共平面結(jié)構(gòu)和體積龐大的

2、CF3基團，在高溫下采用“一步法”直接聚合制備了一系列可溶性聚酰亞胺漿液。將制備的聚酰亞胺漿液采用濕法紡絲工藝制得聚酰亞胺初生纖維，并對初生纖維進行熱處理及熱牽伸，研究初生纖維及牽伸后的纖維的截面及表面形貌特征，并研究了聚酰亞胺纖維拉伸前后的性能。為了進一步了解聚酰亞胺的熱降解過程，采用兩種方法研究了聚酰亞胺的熱分解反應(yīng)動力學。
　　以N-甲基吡咯烷酮（NMP）為溶劑，2,2’-雙（三氟甲基）-4,4’-二氨基聯(lián)苯（TFMB）和2

3、-（4-氨基苯基）-5-氨基苯并咪唑（BIA）為二胺單體，與等摩爾量、不同摩爾比的兩種二酐單體3,3’,4,4’-聯(lián)苯四甲酸二酐（BPDA）和3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐（BTDA）在高溫下采用“一步法”直接合成一系列可溶性的聚酰亞胺漿液 PI-a~PI-e，并且制備了聚酰亞胺薄膜。聚酰亞胺的特性粘度在0.82～1.83dL/g之間。紅外分析和1H-NMR分析證明了產(chǎn)物的化學結(jié)構(gòu)與理論一致，元素分析表明了產(chǎn)物具有較高的純度。聚酰亞

4、胺薄膜具有良好的溶解性能，可以溶解于高沸點的極性溶劑 NMP、DMF、DMAc、間甲酚和DMSO。聚酰亞胺薄膜在空氣氛圍下熱失重5％和10%時的熱分解溫度分別為535~569℃和560~584℃，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，且隨著BPDA含量的增加，聚酰亞胺薄膜的熱穩(wěn)定性明顯提高。聚酰亞胺薄膜表現(xiàn)出優(yōu)良的力學性能，抗拉強度為99~129MPa，斷裂伸長率為3.2～6.4%，楊氏模量為2.60~4.77GPa。在光學性能測試中，聚酰亞胺薄膜在可

5、見光范圍內(nèi)具有良好的透光性能，其中紫外截斷波長范圍為360~398nm，在650nm處透光率為83.4～86.6%。XRD分析結(jié)果表明制備的聚酰亞胺薄膜為無定型結(jié)構(gòu)。
　　以聚酰亞胺溶液為紡絲漿液，采用一步法濕法紡絲工藝制備了聚酰亞胺初生纖維，并且通過熱處理及熱牽伸得到聚酰亞胺纖維。制備的聚酰亞胺纖維具有良好的力學性能，牽伸有利于提高纖維的斷裂強度和彈性模量。牽伸后的聚酰亞胺纖維的斷裂強度比牽伸前提高了18~198%。聚酰亞胺纖維

6、具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在氮氣氛圍下熱失重為5%和10%時的熱分解溫度分別為528~565℃和555~589℃，在800℃時的質(zhì)量殘留率為62.2～66.2%，并且聚酰亞胺纖維的熱穩(wěn)定性隨著 BPDA含量的增加而提高。采用動態(tài)力學熱分析（DMA）法測得牽伸后的聚酰亞胺纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在320℃以上。對制備的聚酰亞胺纖維進行了掃描電鏡（SEM）測試，結(jié)果表明，濕法紡絲工藝成功制備了均勻、致密的聚酰亞胺纖維。XRD分析結(jié)果表明制備的聚酰亞胺

7、初生纖維為無定型結(jié)構(gòu)，牽伸可以誘導(dǎo)纖維結(jié)晶和取向。
　　通過TG-DTG分析方法研究聚酰亞胺在氮氣氛圍中、不同升溫速率下的熱分解過程，并且采用 Flynn-Wall-Ozawa法和Friedman法計算聚酰亞胺的熱分解反應(yīng)活化能。聚酰亞胺PI-a采用這兩種方法求得的熱降解活化能分別為168kJ/mol和157kJ/mol，PI-d求得的熱降解活化能分別為201kJ/mol和207kJ/mol，進一步證明了引入BPDA單體進行四元共