納米SiO2改性聚酰亞胺纖維及其紙基材料性能研究.pdf

1、聚酰亞胺（PI）纖維力學性能優(yōu)異、耐高溫且質(zhì)輕絕緣，可作為耐高溫絕緣材料應(yīng)用于航空航天、國防通訊和交通電力等高科技領(lǐng)域。而聚酰亞胺纖維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的各項同性特征，分子鏈呈現(xiàn)剛性，性質(zhì)十分穩(wěn)定，這導致纖維表面鈍化，缺少化學活性基團，親水性極差，紙頁成形加工困難。因此，對聚酰亞胺纖維進行一定的表面改性有助于改善其表面活性，提高紙基材料的綜合性能。但是，大量的研究只針對在聚酰亞胺纖維合成過程中的改性，成品聚酰亞胺纖維的表面改性卻鮮有研究。

2、r>　　本論文首先分析了聚酰亞胺短切纖維、對位芳綸沉析纖維的表觀形貌、形態(tài)參數(shù)、化學結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性等特征，為高性能聚酰亞胺纖維紙基材料的制備和性能分析提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：聚酰亞胺短切纖維表面光滑，呈圓柱狀，無任何活性親水基團，其長度均一性高，細小纖維含量極少，纖維較長，重均長度為5.319mm，在水相介質(zhì)中易絮聚，分子結(jié)構(gòu)中含有聚酰亞胺獨有的叔酰胺結(jié)構(gòu)，初始降解溫度為530℃，TG10％為560℃，熱重損失為45.19%。對位芳綸沉

3、析纖維分絲帚化明顯，整體呈裙帶狀，輕薄柔軟，吸水性好，分散性好，纖維長度范圍較廣，細小纖維含量為35.5%，分子結(jié)構(gòu)中含有仲酰胺基團，初始降解溫度為500℃，TG10%為525℃，熱重損失高達54.02%。
　　采用乙二胺改性PI纖維，分析了改性前后纖維的表面形貌、化學結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性，紙基材料的力學性能、介電性能和潤濕性以及乙二胺對PI纖維的改性機理。結(jié)果表明：隨著改性時間的延長，紙基材料的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、層間結(jié)合強度和介電強

4、度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當改性時間為1.5h時，紙頁的抗張指數(shù)、層間結(jié)合強度和介電強度都達到最佳值，分別為37.4 N·m/g、0.57J/m2、8.77Kv/mm，當改性時間為2h時，紙頁的撕裂指數(shù)達到最大，為22.1 mN·m2/g。FT-IR分析表明，改性后的PI纖維叔酰胺基團峰強減弱，并在1650cm-1、1550cm-1處出現(xiàn)了仲酰胺基團的吸收峰，3500-3000cm-1處為 NH2(CH2)2NH2分子結(jié)構(gòu)中的 N-H

5、鍵的吸收峰。聚酰亞胺纖維紙基材料的潤濕性也得到改善，其接觸角由116°降低至66.8°。TG-DSC曲線分析表明，PI纖維經(jīng)乙二胺改性后，其初始熱降解溫度由原來的530℃降低至480℃，熱失重10%時，溫度由原來的560℃降低至515℃。
　　添加納米 SiO2粒子有助于改善聚酰亞胺纖維紙基材料的力學性能和電氣性能。當納米二氧化硅用量為10%時，紙頁的介電強度和抗張指數(shù)最佳，可達32.56 N·m/g和8.45 Kv/mm，介電常

6、數(shù)和介電損耗正切值最小，為1.02 F/m和0.1429；當納米SiO2添加量為20%時，紙頁的撕裂指數(shù)最大，為23.92 mN·m2/g。當采用KH550改性的納米SiO2粒子時，紙頁的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和介電強度分別提高了32.8%，28.4%，17.5%。SEM圖顯示，納米SiO2用量≤10%時，在紙頁中的分散較好；而納米SiO2用量＞10%時，出現(xiàn)絮聚現(xiàn)象，且該現(xiàn)象隨納米 SiO2含量的增加逐漸嚴重。通過漿料體系中分別添加未改性

7、和改性的納米 SiO2粒子，聚酰亞胺纖維紙基材料的潤濕性能也得到改善，其接觸角由116°降低至51°。
　　采用原位沉積納米 SiO2改性聚酰亞胺纖維，分析了改性前后纖維的表面形貌、化學結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性，紙基材料的力學性能、介電性能和潤濕性以及原位沉積納米SiO2對PI纖維的改性機理。結(jié)果表明：隨著改性時間的延長，紙基材料的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、層間結(jié)合強度和介電強度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當改性時間為4h時，紙頁的抗張指數(shù)、層間結(jié)

8、合強度和介電強度都達到最佳值，分別為31.3 N?m/g、0.42J/m2、11.24Kv/mm，當改性時間為2h時，紙頁的撕裂指數(shù)達到最大，為20.4 mN?m2/g。SEM-EDS表明，PI纖維表面沉積了大量的納米SiO2。FT-IR分析表明，改性后的PI纖維叔酰胺基團峰強減弱，并在1650cm-1、1550cm-1處出現(xiàn)了仲酰胺基團的吸收峰，3200-2500cm-1處為-COOH中的羥基吸收峰，1073cm-1處出現(xiàn)C-O-Si