聚酰亞胺沉析纖維的制備及成形機(jī)理.pdf

1、聚酰亞胺纖維作為高技術(shù)纖維的一個(gè)品種，不僅具有較高的強(qiáng)度和模量，而且耐化學(xué)腐蝕性、熱氧化穩(wěn)定性和耐輻射性能非常好。其中，短纖由于其特殊的形態(tài)，比表面積較大，在絕緣紙、高性能印刷線路板、無石棉摩擦材料、增強(qiáng)材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于聚酰亞胺纖維紡絲成形及環(huán)化等工藝的特殊性，短纖的制備較為困難，使該纖維的研究及應(yīng)用相對緩慢。
　　本文采用了一種溶液沉析的方法制備部分環(huán)化的聚酰亞胺（PAA-PI）（也稱部分環(huán)化的聚酰胺酸）短纖，該

2、方法制備的短纖稱為沉析纖維，即將PAA-PI漿液注入高速剪切流動(dòng)的凝固浴中，液滴在凝固浴受到剪切力而被拉長，發(fā)生變形、凝固、原纖化得到部分環(huán)化的PAA-PI沉析纖維。該方法省去了復(fù)雜的紡絲成形工藝，有利于規(guī)模化制備聚酰亞胺短纖維。
　　在低溫下將4,4'-二胺基二苯醚（ODA）和均苯四甲酸二酐（PMDA）在溶劑 N,N’-二甲基乙酰胺（DMAc）中聚合得聚酰胺酸（PAA）漿液，稀釋制備固含量為5％的PAA溶液，通過加入三乙胺和乙酸

3、酐等化學(xué)環(huán)化劑使 PAA大分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到了不同環(huán)化程度的聚酰亞胺（PAA-PI）（也稱部分環(huán)化的聚酰胺酸）。采用烏氏粘度計(jì)測試了環(huán)化程度對聚合物特性粘度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)化程度的提高，聚合物的特性粘度增大。通過紅外光譜、熱失重對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。熱穩(wěn)定性研究表明，相對于純PAA，通過部分成環(huán)制備的PAA-PI起始分解溫度有所降低，這是由于聚合物中少量殘存的小分子環(huán)化劑的緣故。采用微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)對部分環(huán)化的聚酰胺酸薄膜

4、進(jìn)行力學(xué)性能的測試，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)化程度的提高，聚合物分子鏈中酰亞胺環(huán)增多，力學(xué)性能增強(qiáng)。
　　采用溶液沉析法制備部分環(huán)化的PAA-PI短纖，是將不同環(huán)化程度的PAA-PI漿液注入高速剪切流動(dòng)的凝固浴中，凝固浴由水和DMAc組成，PAA-PI液滴在凝固浴中受到剪切力而被拉長發(fā)生變形、凝固、原纖化得到部分環(huán)化PAA-PI沉析纖維。采用正交實(shí)驗(yàn)的方法，通過測試沉析纖維的平均長度、平均直徑以及計(jì)算沉析纖維的長徑比討論了剪切速率、漿液濃度及凝

5、固浴濃度三個(gè)參數(shù)對溶液沉析法制備工藝中短纖成形的影響。研究發(fā)現(xiàn)，剪切速率600r/m，漿液濃度3%左右，凝固浴濃度為20%-30%之間時(shí)，制備的PAA-PI沉析纖維長徑比最大，成形性最好。在該最佳制備工藝參數(shù)下，通過電鏡測試和分析不同環(huán)化程度的沉析纖維的形貌。研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)化程度的提高，PAA-PI沉析纖維成纖性變好。
　　鑒于環(huán)化程度的提高有利于沉析纖維成形的發(fā)現(xiàn)，通過濁點(diǎn)滴定法和凝固動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)對溶液沉析法制備短纖的成形機(jī)理進(jìn)

6、行了初步研究。濁點(diǎn)滴定研究了（PAA-PI）-DMAc-H2O三元體系相分離過程中各組分的變化，得到了體系的LCP濁點(diǎn)曲線和三元相圖，討論了環(huán)化程度對滴定劑（DMAc和H2O的混合溶液）凝固值、體系濁點(diǎn)組成和三元相圖的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)化程度的提高，雙節(jié)線遠(yuǎn)離PAA-PI軸，均相區(qū)減小，（PAA-PI）-DMAc-H2O的相容性減弱。表明，PAA部分環(huán)化變成PAA-PI后，與DMAc的相容性減弱，促進(jìn)凝固過程中聚合物溶液中 DMAc