聚酰亚胺纤维.pdf

1、作 者 简 介 :张 清 华 (1970 ) ,男 ,1999 年 获 东 华 大 学 材 料 学 博 士 学 位 ,同 年 留 校 任 教 ,现 为 副 研 究 员 ,主 要 从 事 导 电高 分 子 材 料 和 高 性 能 纤 维 的 研 究 。聚 酰 亚 胺 纤 维张 清 华 1 , 陈 大 俊 1 , 丁 孟 贤 2(11 东 华 大 学 纤 维 材 料 改 性 国 家 重 点 实 验 室 ,上 海 200051 ;21 中 国 科 学 院 长 春 应 用 化 学 研 究 所 高 分 子 物 理 和 化 学 国 家 重 点 实 验 室 ,长 春 130022)摘 要 :聚 酰 亚 胺

2、纤 维 具 有 高 强 度 模 、 耐 高 温 、 耐 辐 射 等 优 越 的 性 能 。 在 多 种 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维的 方 法 中 ,湿 纺 容 易 制 得 高 强 高 模 的 样 品 。 本 文 主 要 介 绍 了 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 一 步 法 湿 纺 、 二 步 法 湿纺 和 熔 融 纺 丝 方 法 ,并 对 纤 维 的 性 能 进 行 了 概 述 。关 键 词 :聚 酰 亚 胺 ; 高 性 能 纤 维 ; 高 强 ; 高 模 ; 纺 丝 工 艺具 有 高 强 高 模 和 耐 高 温 性 能 的 高 性 能 聚 合 物 纤 维 在 过 去 的 40 年 中 得

3、到 了 迅 速 的 发 展 ,在 60年 代 末 ,杜 邦 公 司 发 现 了 芳 香 族 聚 酰 胺 的 分 子 链 是 刚 性 的 ,导 致 了 Kevlar 纤 维 的 研 制 和 应 用 ,之 后 ,Eastman Kodak , Hoechst Celanese 和 其 它 的 一 些 化 工 公 司 也 加 入 了 研 制 和 生 产 Kevlar 纤 维 的 行列 1 4 。 70 年 代 中 期 以 后 ,出 现 了 高 强 芳 香 族 聚 甲 亚 胺 (polyazomethine) 纤 维 5 ,6 。 而 聚 酰 亚 胺 纤 维作 为 高 性 能 纤 维 的 一 个 品

4、种 ,已 经 出 现 了 几 十 年 的 时 间 ,但 由 于 成 本 和 技 术 的 原 因 ,该 种 纤 维 没 有像 Kevlar 纤 维 发 展 的 那 么 快 ,但 到 了 90 年 代 随 着 合 成 方 法 的 改 进 和 纺 丝 技 术 的 进 步 使 得 聚 酰 亚 胺纤 维 的 研 制 工 作 又 重 新 热 起 来 ,因 为 它 的 某 些 性 能 要 优 于 其 它 高 性 能 纤 维 。1 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 特 性聚 酰 亚 胺 纤 维 除 了 具 有 高 性 能 纤 维 高 强 高 模 的 特 点 外 ,还 具 有 聚 酰 亚 胺 材 料 所 特 有 的

5、许 多 优越 性 能 7 14 。111 高 强 高 模聚 酰 亚 胺 纤 维 具 有 高 强 高 模 的 特 性 ,据 理 论 计 算 ,由 均 苯 二 酐 和 对 苯 二 胺 合 成 的 纤 维 的 模 量 可达 410GPa ,仅 次 于 碳 纤 维 。 聚 酰 亚 胺 纤 维 和 一 些 商 业 化 纤 维 性 能 列 于 表 1 中 。表 1 Kevlar 纤 维 和 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 力 学 性 能品 种 强 度 PGPa 模 量 PGPa 延 伸 率 P%Kevlar229 2. 9 67 3. 5Kevlar249 2. 8 125 2. 4联 苯 型 聚 酰 亚 胺

6、 3. 0 150 118112 热 稳 定 性对 于 全 芳 香 聚 酰 亚 胺 纤 维 进 行 热 重 分 析 表 明 ,其 开 始 分 解 温 度 一 般 在 500 左 右 。 由 联 苯 二酐 和 对 苯 二 胺 合 成 的 聚 酰 亚 胺 ,热 分 解 温 度 达 到 600 ,是 迄 今 聚 合 物 中 热 稳 定 性 最 高 的 品 种 之一 。 可 在 超 音 速 航 空 和 航 天 设 备 上 安 全 地 使 用 。66 高 分 子 通 报 2001 年 10 月113 耐 辐 照 性聚 酰 亚 胺 纤 维 具 有 很 高 的 耐 辐 照 性 能 ,实 验 表 明 ,该 纤

7、 维 经 1 1010 rad 快 电 子 照 射 后 其 强 度 保持 率 仍 为 90 % ,这 是 其 它 纤 维 无 法 比 拟 的 ,因 此 它 是 航 空 航 天 首 选 的 材 料 之 一 ,也 是 高 温 介 质 及 放射 性 物 质 的 过 滤 材 料 。114 耐 低 温聚 酰 亚 胺 纤 维 可 耐 极 低 的 温 度 ,如 在 - 269 的 液 氦 中 仍 不 会 脆 裂 ,因 此 可 用 在 低 温 环 境 的 考察 试 验 中 。115 良 好 的 介 电 性 能芳 香 族 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 介 电 常 数 为 314 左 右 ,含 氟 的 聚 酰 亚

8、胺 纤 维 其 介 电 常 数 可 降 到 215 左右 。 介 电 损 耗 10 - 3 ,介 电 强 度 100 300 KVPmm ,体 积 电 阻 率 为 1017 cm。 这 些 性 能 在 宽 广 的 温 度和 频 率 范 围 内 仍 能 保 持 较 高 的 水 平 。116 生 物 相 溶 性聚 酰 亚 胺 纤 维 对 生 物 无 毒 ,可 用 在 医 用 器 械 上 ,并 经 得 起 数 千 次 消 毒 。 一 些 品 种 聚 酰 亚 胺 具 有很 好 的 生 物 相 容 性 ,例 如 ,在 血 液 相 容 性 试 验 中 为 非 溶 血 性 ,体 外 细 胞 毒 性 试 验

9、为 无 毒 等 。117 其 它 性 能聚 酰 亚 胺 纤 维 为 自 熄 性 材 料 ,发 烟 率 低 ,由 二 苯 酮 四 酸 二 酐 (BTDA) 和 4 ,4 2二 异 氰 酸 二 苯 甲 烷酯 (MDI)合 成 并 纺 制 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 极 限 氧 指 数 为 38 %。 热 膨 胀 系 数 小 ,在 10- 5 10 - 7P 数 量级 。 另 外 ,它 对 有 机 溶 剂 相 对 较 为 稳 定 等 。2 聚 酰 亚 胺 的 合 成 简 介聚 酰 亚 胺 是 指 主 链 上 含 有 酰 亚 胺 环 (OON ) 的 一 类 聚 合 物 ,其 中 以 含 有 酞

10、酰 亚 胺(OON )结 构 的 聚 合 物 尤 为 重 要 。 它 的 合 成 方 法 可 以 分 为 两 类 ,一 类 是 在 聚 合 过 程 中 形 成聚 酰 亚 胺 环 ;另 一 类 是 以 带 酰 亚 胺 环 的 单 体 缩 聚 来 获 得 聚 酰 亚 胺 。 比 较 经 典 的 方 法 是 第 一 类 ,其 中 用二 酐 和 二 胺 反 应 是 合 成 聚 酰 亚 胺 最 普 遍 使 用 的 方 法 。 反 应 分 两 步 进 行 ,首 先 是 生 成 聚 酰 胺 酸 的 反 应 :CCOOO + H2N R COOHCONH R 第 二 步 是 酰 亚 胺 化 过 程 ,从 而

11、生 成 带 有 酰 亚 胺 结 构 的 聚 酰 亚 胺 大 分 子 8 11 :COOHCONH R - H2O CON RCO76 第 5 期 高 分 子 通 报酰 亚 胺 化 反 应 使 聚 合 物 的 性 质 从 聚 酰 胺 酸 到 聚 酰 亚 胺 发 生 了 根 本 性 的 变 化 。 酰 亚 胺 化 可 通 过加 热 或 化 学 的 方 法 实 现 。 热 酰 亚 胺 化 是 加 热 聚 酰 胺 酸 溶 液 或 固 态 聚 酰 胺 酸 ,使 酰 胺 和 处 于 邻 位 的羧 基 发 生 脱 水 环 化 反 应 ,形 成 具 有 酰 亚 胺 结 构 的 聚 合 物 。 化 学 环 化

12、是 聚 酰 胺 酸 在 脱 水 剂 的 作 用 下发 生 酰 亚 胺 化 的 过 程 。 最 常 用 的 脱 水 剂 为 酸 酐 (如 醋 酸 酐 、 三 氟 醋 酸 酐 ) ,并 以 叔 胺 (如 三 乙 胺 、 吡啶 )为 催 化 剂 。 化 学 环 化 的 优 点 是 可 以 在 室 温 下 反 应 。 化 学 酰 亚 胺 化 容 易 生 成 聚 异 酰 亚 胺(NOO) ,但 在 加 热 脱 溶 剂 时 会 转 化 为 聚 酰 亚 胺 。3 湿 法 和 干 湿 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维目 前 ,聚 酰 亚 胺 的 纺 丝 工 艺 仍 然 以 湿 纺 或 干 湿 纺 为 主 ,

13、根 据 纺 丝 浆 液 是 聚 酰 亚 胺 还 是 聚 酰 胺酸 ,该 纺 丝 方 法 又 有 一 步 法 纺 丝 和 二 步 法 纺 丝 之 分 。311 二 步 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维二 步 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 是 研 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 以 来 一 直 普 遍 使 用 的 方 法 。 制 备 纤 维 分 为 两步 ,第 一 步 是 将 聚 酰 胺 酸 的 浓 溶 液 经 湿 法 或 干 湿 法 喷 丝 得 到 聚 酰 胺 酸 纤 维 ,第 二 步 是 将 第 一 步 纺 制的 聚 酰 胺 酸 纤 维 经 化 学 环 化 或 热 环 化 得 到 的 聚

14、酰 亚 胺 纤 维 ,因 而 称 为 二 步 法 ,纤 维 的 拉 抻 工 序 可 以在 第 一 步 进 行 ,也 可 在 第 二 步 酰 亚 胺 化 的 过 程 中 进 行 ,或 者 每 一 步 都 进 行 一 定 的 拉 伸 。 聚 酰 胺 酸 浆液 常 用 的 溶 剂 有 二 甲 基 甲 酰 胺 (DMF) 、 二 甲 基 乙 酰 胺 (DMAc) 、 二 甲 基 亚 砜 (DMSo) 、 N2甲 基 222吡 咯烷 酮 (NMP)等 非 质 子 极 性 溶 剂 ,因 此 聚 酰 胺 酸 纤 维 中 残 留 的 溶 剂 比 较 容 易 洗 净 ,有 利 于 后 期 的 酰 亚胺 化 和

15、拉 伸 工 序 的 进 行 。日 本 的 神 田 拓 马 报 道 12 ,13 ,将 4 ,4 2二 苯 醚 二 胺 (4 ,4 2ODA) 和 均 苯 四 甲 酸 二 酐 ( PMDA) 在 NMP中 缩 聚 生 成 聚 酰 胺 酸 溶 液 ,经 湿 法 纺 丝 、 热 环 化 或 化 学 环 化 、 290 的 热 拉 伸 后 ,得 到 的 ODA PMDA聚 酰 亚 胺 纤 维 强 度 仅 为 0136 0140GPa ,初 始 模 量 为 616 712GPa ,而 延 伸 率 却 高 达 813 % 917 %。随 后 的 实 验 采 用 一 氯 对 苯 二 胺 (ClPPD) 、

16、4 ,4 2联 苯 胺 (BzD) 、 22氯 24 ,4 2联 苯 胺 (ClBz) 和 2 ,2 2二 氯 24 ,4 2联 苯 胺 (DiClBz)替 代 二 胺 ODA 进 行 无 规 共 聚 ,经 湿 法 纺 线 和 化 学 环 化 或 热 环 化 制 得 的 聚 酰 亚 胺纤 维 ,其 物 理 机 械 性 能 大 大 提 高 ,一 些 性 能 见 表 214 。日 本 帝 人 公 司 15 ,16 在 NMP 中 合 成 聚 酰 胺 酸 溶 液 ,将 该 溶 液 挤 入 空 气 ,然 后 进 入 以 90 10 的 水 2NMP混 合 液 为 凝 固 浴 中 ,在 拉 伸 浴 中

17、拉 伸 2 倍 ,卷 绕 ,然 后 进 入 第 二 步 工 序 ,将 聚 酰 胺 酸 纤 维 浸 在醋 酸 酐 和 吡 啶 的 混 合 液 中 进 行 化 学 酰 亚 胺 化 ,温 度 为 20 70 ,得 到 聚 酰 亚 胺 纤 维 。 此 时 得 到 的聚 酰 亚 胺 纤 维 的 物 理 机 械 性 能 并 不 很 高 ,采 用 高 温 (450 600 )处 理 ,同 时 对 纤 维 进 行 小 倍 数 的 拉伸 ,可 使 聚 酰 亚 胺 大 分 子 发 生 部 分 交 联 ,进 一 步 提 高 纤 维 的 物 理 机 械 性 能 ,其 抗 张 强 度 2120GPa ,初始 模 量 1

18、45GPa。NASA17 19 的 Clair 与 其 合 作 者 以 BTDA 和 4 ,4 2ODA 为 单 体 在 DMAc 中 缩 合 聚 合 得 到 可 以 纺 丝的 聚 酰 胺 酸 浓 溶 液 ,以 乙 醇 或 乙 二 醇 的 水 溶 液 为 凝 固 浴 ,干 湿 法 纺 制 聚 酰 胺 酸 纤 维 。 纤 维 去 除 溶 剂干 燥 后 ,分 别 在 100 、 200 和 300 下 拉 伸 热 处 理 纤 维 各 1h ,得 到 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 强 度0119GPa ,初 始 模 量 316GPa。86 高 分 子 通 报 2001 年 10 月表 2 由 均

19、苯 二 酐 和 DiClBz 及 ClPPD 制 得 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 性 能二 胺 组 成 拉 伸 比 拉 伸 温 度 P 强 度 PGPa 模 量 PGPa 延 伸 率 P%ClBzPClPPD100P0 1. 3 550 1. 45 150 1. 080P20 1. 8 550 2. 13 147 1. 660P40 2. 0 550 2. 40 150 1. 850P50 2. 0 550 2. 39 147 1. 8DiClBzPClPPD100P0 1. 6 550 1. 61 117 1. 570P30 3. 9 550 3. 11 168 2. 050P50 3.

20、 2 550 2. 76 164 1. 930P70 2. 3 550 2. 12 137 1. 7ClPPDPClBz20P80 1. 2 550 2. 34 164 1. 640P60 2. 0 550 2. 40 150 1. 850P50 2. 0 550 2. 39 147 1. 670P30 1. 4 550 2. 14 149 1. 6312 一 步 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维随 着 聚 酰 亚 胺 合 成 技 术 的 不 断 发 展 ,出 现 了 许 多 可 溶 性 聚 酰 亚 胺 ,从 而 推 动 了 一 步 法 纺 制 聚 酰亚 胺 纤 维 的 技 术 。 与 二

21、步 法 不 同 ,一 步 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 是 以 聚 酰 亚 胺 溶 液 为 纺 丝 浆 液 ,初 生 纤维 就 是 聚 酰 亚 胺 纤 维 ,而 不 是 聚 酰 胺 酸 纤 维 ,因 此 该 方 法 没 有 酰 亚 胺 化 的 工 序 。 可 溶 性 聚 酰 亚 胺 溶液 一 般 采 用 酚 类 (如 间 甲 酚 、 对 氯 酚 、 间 氯 酚 等 ) 为 溶 剂 ,以 醇 类 (如 甲 醇 、 乙 醇 、 乙 二 醇 等 ) 或 醇 与 水的 混 合 物 为 凝 固 浴 ,湿 法 或 干 喷 湿 纺 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 ,纤 维 经 初 步 拉 伸 后

22、有 一 定 的 强 度 ,去 除溶 剂 后 ,进 行 热 拉 伸 和 热 处 理 (300 500 ) ,可 得 到 高 强 高 模 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 。Cheng 等 20 26 用 间 甲 酚 为 溶 剂 ,以 3 ,3 ,4 ,4 2联 苯 四 甲 酸 二 酐 (BPDA)和 2 ,2 2二 (三 氟 甲 基 )24 ,4 2联 苯 二 胺 (PFMB)为 单 体 合 成 了 聚 酰 亚 胺 浆 液 ,浓 度 为 12 % 15 % ,采 用 干 湿 法 纺 丝 ,进 入 水 和甲 醇 的 混 合 液 中 ,在 380 以 上 的 温 度 下 拉 伸 近 10 倍 ,强 度 达

23、 到 312GPa ,初 始 模 量 超 过 130GPa。 纤维 的 耐 热 性 能 良 好 , 400 处 理 3h ,模 量 损 失 为 7 %。 用 同 样 的 方 法 ,以 对 氯 酚 为 溶 剂 纺 制 的BPDA DMB(2 ,2 2二 甲 基 24 ,4 2联 苯 二 胺 ) 纤 维 物 理 机 械 性 能 比 BPDA PFMB 稍 高 ,热 重 损 失 5 %的 温 度 为 530 。Kaneda 等 27 29 将 各 种 二 胺 和 BPDA 的 聚 酰 亚 胺 溶 于 对 氯 苯 酚 中 ,用 乙 醇 的 水 溶 液 作 为 凝 固 浴进 行 一 步 法 纺 丝 ,在

24、 高 温 下 拉 伸 后 得 到 纤 维 的 物 理 机 械 性 能 见 表 3。 与 Kevlar49 相 比 ,该 纤 维 有 较低 的 吸 湿 率 和 较 强 的 耐 强 酸 性 。对 比 以 上 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 两 种 不 同 路 线 ,可 发 现 各 有 其 特 点 。 二 步 法 路 线 采 用 聚 酰 胺 酸溶 液 为 浆 液 ,其 溶 剂 通 常 为 DMF、 DMAc、 DMSo、 NMP 等 ,这 些 溶 剂 在 湿 纺 的 过 程 中 很 容 易 去 除 掉 ,比较 容 易 回 收 ,毒 性 也 比 较 小 。 缺 点 是 纤 维 的 物 理 机 械

25、性 能 较 难 提 高 ,这 也 是 六 、 七 十 年 代 聚 酰 亚 胺纤 维 的 研 制 工 作 出 现 中 断 的 重 要 原 因 之 一 。 采 用 二 步 法 制 得 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 机 械 性 能 相 对 较 差的 原 因 可 能 是 ,纤 维 在 后 期 的 热 环 化 或 化 学 环 化 的 过 程 中 破 坏 了 业 已 在 前 期 形 成 的 取 向 结 构 和 其96 第 5 期 高 分 子 通 报表 3 由 二 酐 BPDA 和 PMDA 与 不 同 的 二 胺 得 到 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 性 能组 成二 酐 二 胺拉 伸 比 拉 伸 温

26、度P 强 度PGPa 模 量PGPa 延 伸 率P%BPDAPPMDA OTOL100P0 1. 7 450 1. 71 73 2. 780P20 3. 4 500 2. 83 122 2. 470P30 3. 8 500 3. 11 129 2. 660P40 4. 9 500 2. 44 111 2. 350P50 3. 9 456 1. 74 119 1. 5BPDAPPMDA 3 ,4 2ODA90P10 1. 7 390 1. 38 36 8. 380P20 5. 0 350 1. 73 48 5. 170P30 9. 2 330 2. 25 60 4. 4BPDA 3 ,4 2OD

27、APPPD100 100P0 3. 0 390 1. 36 34 6. 780P20 8. 4 360 2. 25 68 4. 464P40 8. 3 350 2. 03 69 3. 650P50 10. 4 370 2. 12 61 4. 0OTOL 3 ,3 2二 甲 基 24 ,4 2联 苯 胺 , PPD 对 苯 二 胺 。它 超 分 子 结 构 。 与 两 步 法 不 同 ,一 步 法 纺 制 聚 酰 亚 胺 的 路 线 采 用 聚 酰 亚 胺 溶 液 ,而 不 是 聚 酰 胺 酸 ,制 造 纤 维 的 整 个 过 程 没 有 酰 亚 胺 化 过 程 ,因 此 有 利 于 纤 维 的

28、 超 分 子 结 构 保 持 下 来 ,但 从 目 前 聚 酰 亚胺 的 合 成 来 看 ,普 遍 使 用 的 溶 剂 是 酚 类 ,酚 类 溶 剂 (如 间 甲 酚 、 对 氯 苯 酚 )不 仅 毒 性 较 大 ,而 且 在 纤 维中 的 残 余 量 较 大 ,很 难 去 除 干 净 。 因 此 如 果 能 够 合 成 出 可 以 溶 解 在 低 毒 、 易 去 除 、 甚 至 低 成 本 的 溶剂 中 的 聚 酰 亚 胺 品 种 ,那 么 采 用 一 步 法 路 线 制 备 高 性 能 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 则 会 更 加 方 便 。4 熔 融 纺 丝 方 法由 于 大 多 数 聚

29、酰 亚 胺 是 不 熔 融 或 具 有 很 高 的 熔 点 ,而 有 机 高 分 子 在 400 以 上 都 会 发 生 分 解或 交 联 ,采 用 常 规 的 熔 融 纺 丝 方 法 显 然 是 不 可 行 的 ,为 解 决 这 一 难 点 ,常 用 的 方 法 是 在 聚 酰 亚 胺 主链 上 引 入 聚 酯 或 聚 醚 ,降 低 其 熔 点 ,使 之 在 可 接 受 的 温 度 下 具 有 足 够 低 的 熔 体 黏 度 ,从 而 能 够 进 行熔 融 纺 丝 。 所 以 熔 纺 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 耐 热 性 较 低 。日 本 帝 人 公 司 30 将 聚 醚 酰 亚 胺 纤

30、维 在 345 475 下 进 行 熔 纺 ,并 使 纤 维 通 过 温 度 为 200350 的 纺 丝 管 制 成 ,纤 维 具 有 一 定 的 物 理 机 械 性 能 ,但 仍 没 有 高 强 高 模 的 特 性 。 旭 化 成 31 熔 纺 的一 种 聚 醚 酰 亚 胺 ,纺 丝 温 度 250 ,拉 伸 倍 数 515 倍 ,可 得 到 强 度 为 0149GPa 和 模 量 为 310GPa 的 纤维 。 Irwin32 ,33 采 用 聚 酰 亚 胺 酯 在 300 400 间 进 行 纺 丝 ,卷 绕 速 度 300 500mPmin ,初 生 纤 维 的 强度 为 0159G

31、Pa 左 右 ,经 热 处 理 后 (190 下 保 持 1 h ,190 279 下 4h ,297 下 16h) ,强 度 可 提 高 到1155GPa 以 上 ,初 始 拉 伸 模 量 为 48GPa 左 右 。 Clair 等 34 ,35 采 用 商 品 名 为 LaRcTM2IA 的 热 塑 性 聚 酰 亚胺 进 行 熔 融 纺 丝 ,LaRcTM2IA 的 熔 纺 纤 维 的 性 能 见 表 4。 该 聚 酰 亚 胺 是 由 3 ,4 2ODA 和 3 ,3 ,4 ,4 2二苯 醚 四 甲 酸 二 酐 (ODPA)缩 聚 而 得 ,并 用 邻 苯 二 酸 酐 对 其 进 行 封

32、端 以 控 制 聚 合 物 的 分 子 量 。07 高 分 子 通 报 2001 年 10 月表 4 熔 纺 LaRcTM2IA 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 性 能纺 丝 温 度 P 纤 维 直 径 Pmm 强 度 PGPa 模 量 PGPa 延 伸 率 P%340 0124 0116 218 113350 0117 0116 310 102360 0118 0114 217 84聚 酰 亚 胺 的 熔 融 纺 丝 的 纺 丝 温 度 相 对 较 高 ,目 前 得 到 的 纤 维 的 强 度 一 般 较 低 ,还 需 从 纺 丝 技 术 方面 进 行 改 进 ,但 它 仍 具 有 耐 高 温

33、、 耐 腐 蚀 等 特 性 ,可 用 于 过 滤 、 耐 火 毡 及 混 编 法 制 造 复 合 材 料 等 领 域 。5 商 品 化 的 聚 酰 亚 胺 纤 维尽 管 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 研 制 工 作 断 断 续 续 的 进 行 了 几 十 年 ,但 目 前 在 市 场 上 可 以 看 到 的 商 品 却很 少 ,而 且 这 些 纤 维 只 用 于 高 耐 温 、 耐 腐 蚀 等 方 面 ,还 没 有 高 强 高 模 聚 酰 亚 胺 纤 维 商 品 出 现 。P8436 ,37 是 商 业 化 最 早 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 ,它 是 奥 地 利 Lenzing AG公 司 (

34、即 现 在 的 Inspec Fibers)于 80 年 代 中 期 推 出 的 产 品 ,是 由 BTDA 和 二 异 氰 酸 二 苯 甲 烷 酯 及 二 异 氰 酸 甲 苯 酯 制 得 。 纤 维 的 规格 比 较 多 ,可 提 供 纤 度 为 110dtex ,1. 7dtex ,2. 2dtex ,2. 3dtex ,5. 5dtex的 纤 维 和 制 品 。 纤 度 为 212dtex纤维 的 性 能 为 强 度 0153GPa ,延 伸 率 30 % ,收 缩 率 (250 ,10min)小 于 1 % ,密 度 1141gPcm3 ,极 限 氧 指 数38 %。 P84 的 玻

35、璃 化 温 度 315 ,纤 维 在 250 温 度 下 使 用 ,不 会 熔 融 。 热 重 分 析 表 明 ,350 下 经 3h后 重 量 损 失 5 % ,500 下 70min 后 重 量 损 失 达 50 %。 P84 纤 维 主 要 应 用 领 域 是 高 温 过 滤 和 防 护 服 ,此 外 还 用 作 密 封 材 料 和 绝 热 材 料 。Kernel38 是 法 国 Phone2Poulenc 公 司 推 出 的 一 种 特 殊 的 聚 酰 亚 胺 阻 燃 纤 维 ,型 号 为 235AGF ,该纤 维 的 性 能 主 要 是 不 燃 、 不 熔 、 不 形 成 微 粒 、

36、 受 热 不 收 缩 。 它 有 很 强 的 机 械 强 力 、 耐 酸 、 耐 有 机 溶 剂 。可 广 泛 用 作 安 全 毯 、 座 位 防 护 罩 、 防 护 服 、 高 温 过 滤 等 材 料 。聚 酰 亚 胺 纤 维 与 Kelvlar 纤 维 比 较 有 更 高 的 热 稳 定 性 ,更 高 的 弹 性 模 量 ,低 的 吸 水 性 ,可 望 在 更严 酷 的 环 境 中 得 到 应 用 。 如 原 子 能 工 业 、 空 间 环 境 、 救 助 需 要 等 等 。 聚 酰 亚 胺 纤 维 可 编 成 绳 索 、 织成 织 物 或 做 成 无 纺 布 ,用 在 高 温 、 放 射

37、 性 或 有 机 气 体 或 液 体 的 过 滤 、 隔 火 毡 、 防 火 阻 燃 服 装 等 。 目 前美 国 、 俄 罗 斯 等 发 达 国 家 都 正 在 加 紧 研 究 聚 酰 亚 胺 纤 维 ,由 于 高 强 高 模 的 聚 酰 亚 胺 纤 维 属 于 先 进 复合 材 料 的 增 强 剂 ,用 于 航 空 、 航 天 器 及 火 箭 的 制 造 ,有 关 的 报 道 比 较 少 ,但 发 达 国 家 对 该 纤 维 的 研 究从 未 中 断 过 。 我 国 在 60 年 代 中 期 也 曾 经 从 事 过 由 聚 酰 胺 酸 纺 制 聚 酰 亚 胺 纤 维 的 工 作 ,之 后

38、就 中 断了 ,也 没 有 太 多 的 资 料 留 下 来 。 随 着 聚 酰 亚 胺 本 身 技 术 的 发 展 ,尤 其 是 合 成 技 术 的 发 展 和 在 其 它 领域 应 用 的 扩 大 ,聚 酰 亚 胺 的 成 本 会 有 大 幅 度 的 降 低 。 同 时 各 个 技 术 部 门 本 身 的 发 展 也 将 会 对 于 更高 性 能 的 纤 维 的 需 要 迫 切 起 来 ,虽 然 聚 酰 亚 胺 纤 维 仍 然 是 未 来 的 纤 维 ,但 我 国 开 展 这 方 面 的 研 究 和开 发 是 具 有 超 越 的 意 义 的 。参 考 文 献 : 1 Black W B ,

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