含磷聚酰亚胺纤维的制备及其力学与阻燃性能.pdf

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1、第31卷第6期应用化学Vo1．31Iss．62014年6月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJune2014含磷聚酰亚胺纤维的制备及其力学与阻燃性能丁祥邱雪鹏。马晓野。郭海泉。高连勋(中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022；中国科学院大学北京100039)摘要采用廉价的三苯基氧膦和混酸合成了一种含磷二胺单体，二(3一氨基苯基)苯基膦氧(DAPPO)。在4，4'-二胺基二苯醚(ODA)、3，3，4，4'-联苯四酸二酐(BPDA)和均苯四酸二酐(PMDA)聚合体系中引入该单

2、体，制备含磷聚酰亚胺纤维。热失重分析(TGA)结果表明，聚酰亚胺纤维的热稳定性随含磷量的增加而明显提高。当n(DAPPO)：n(ODA)为7：93时，纤维的极限氧指数达到了43，说明纤维的阻燃性能显著提高。关键词含磷聚酰亚胺纤维，热稳定性，阻燃，极限氧指数中图分类号：0633文献标识码：A文章编号：1000-0518(2014)06-0667-05DOI：10．3724／SP．J．1095．2014．30424聚酰亚胺纤维具有高强高模、耐辐射、良好的生物相容性和优异的绝缘性能等优点¨4。，在原子能工业、生物组织工程和电气绝缘等领域均有

3、很好的应用前景，是最重要的高技术纤维之一。Cheng等刮报道了聚酰亚胺纤维的一些纺丝条件及纤维的性能，纤维强度达到3．2GPa，模量超过130GPa，而且具有很好的耐热性能。东华大学张清华等m研究了不同体系聚酰亚胺纤维的性能。张春玲等¨和黄森彪等系统地研究了聚酰亚胺纤维的纺制方法、结构与性能的相关性。但由于成本和技术等原因，商品化的聚酰亚胺纤维只有长春高琦聚酰亚胺材料公司的轶纶@纤维和奥地利LenzingAG公司的P84@纤维¨。普通聚酰亚胺纤维的极限氧指数(LOI)一般均在35左右，虽然比一般的有机纤维要高，但是在消防员防护服和高温

4、过滤等特殊应用领域，仍需要阻燃性能更好的纤维。丁祥等采用二胺单体二(4．胺基苯氧基)苯基膦氧制备了含磷聚酰亚胺纤维，LOI值最高达到了45，但二胺单体合成成本较高，不利于实际应用中的大规模生产。因此，开发成本更低的阻燃聚酰亚胺纤维就显得非常重要。本文采用廉价的三苯基氧膦和混酸合成了含磷二胺单体二(3一氨基苯基)苯基膦氧(DAPPO)，它与4，4-二胺基二苯醚(ODA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)和联苯二酐(BPDA)聚合，得到的聚合物溶液采用干喷湿纺技术制备含磷的聚酰亚胺纤维。利用纤维强度仪、热失重分析仪和氧指数测定仪对含磷聚酰亚胺纤

5、维的力学性能、热稳定性能和阻燃性能进行了研究。1实验部分1．1试剂和仪器三苯基氧膦(Aldrich公司)；浓硫酸发烟硝酸；水合肼均为化学纯试剂；钯碳(Aldrich公司，质量分数10％)，4，4一二胺基二苯醚(ODA，山东万达化工有限公司)，直接使用；均苯四酸二酐(PMDA，溧阳龙沙化工有限公司)，烘干后使用；3，3，4，4一联苯四酸二酐(BPDA，石家庄海力精细化工有限公司)，烘干后使用；Ⅳ，Ⅳ．二甲基乙酰胺(DMAc，天津天泰试剂有限公司，减压蒸馏纯化)。Bruker-400型核磁共振谱仪(德国Bruker公司)；乌氏粘度计；XQ

6、一1型纤维强度仪(东华大学)，样品长20mm，拉伸速率10mm／min；YG813型氧指数测定仪(常州第二纺织仪器厂)；PerkinElemerTGA-7型热重分析仪(美国PerkinElemer公司)，升温速率lO／min，N2气氛围。2013-08-25收稿，2013一ll一11修回，2013．11．26接受国家自然科学基金(51373164)资助项目通讯联系人：高连勋，研究员；Tel：0431·85262203；E-mail：lxgao@ciae．ac．1311；研究方向：聚酰亚胺和有机合成化学应用化学第31卷H0oH2N0}N

7、+HN—≤二卜_。—<二卜一NH：OOODAheatl—H：。P。ya11acid。Po

8、yimidca¨：s⋯Scheme2PreparationschemeofthePIfibers第6期丁祥等：含磷聚酰亚胺纤维的制备及其力学与阻燃性能到质量分数为15％的聚酰胺酸溶液，聚酰胺酸的特性粘度控制在1．8～2．5dL／g。纺丝过程如图1所示，将上述制备的聚酰胺酸溶液放人2L纺丝罐中，静置脱泡12h，室温下采用干喷湿纺法纺丝，其中空气层间距为2cm，凝固浴为质量分数33％DMAc的水溶液，喷拉比为2．5，后牵伸比为1．5，得到聚酰胺酸纤维

9、。聚酰胺酸纤维在加热炉里(温度50～300℃，梯度升温，时间8h)进行酰亚胺化。最后将上述酰亚胺化的纤维在480oC下牵伸1～3倍得到最终聚酰亚胺纤维。图1聚酰亚胺纤维纺丝工艺流程图Fig．1Flowprocessdia