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1、Vol133No15化工新型材料第33卷第5期#14#NEWCHEMICALMATERIALS2005年5月新材料与新技术高性能聚酰亚胺纤维刘向阳顾宜(四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,成都610065)摘要本文综述了聚酰亚胺纤维的性能及其制备工艺,以及聚酰亚胺纤维在结构方面的研究及纤维成型新技术、新工艺。关键词聚酰亚胺,高性能纤维,纺丝HighperformancepolyimidefibresLiuXiangyangGuYi(StateKeyLaboratoryofPolymer
2、icMaterialsEngineering,CollegeofPolymerScienceandEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065)AbstractPolyimidefibrespossessmanyadvantageousproperties,suchashighstrength,highmodulus,heatresistanceandradiationresistance.Propertiesandpreparationprocessofpolyim
3、idefibreswerereviewedinthisarticle.Theresearchdevelopmentofpolyimidefibrestructuresandnewtechnologieswerealsodiscussindetail.Keywordspolyimide,highperformancefibres,spinning高性能有机高分子纤维在近几十年中得到快速空领域的巨大需求,以及聚酰亚胺合成技术的改进的发展,具有代表性的主要包括芳香族聚酰胺纤维和纺丝技术的发展,再加上通过对聚酰亚胺纤
4、维分(杜邦公司的Kevlar系列,俄罗斯的APMOC、SVM子结构的设计,以及对其制备过程聚集态结构的研[1]纤维)、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并二噻唑究与控制等方法的应用,得到了不同化学结构的高[2,3](PBT)、聚苯并二咪唑(PBI)、聚苯并二唑(PBO)强高模、耐高温、耐辐射的聚酰亚胺纤维。纤维和聚酰亚胺纤维等。芳香族聚酰胺纤维分子链1聚酰亚胺纤维的性能中存在易热氧化、易水解的酰胺键,因此其环境稳定性差;聚乙烯纤维耐高温性能不佳;PBO纤维尽管由于聚酰亚胺为刚性链分子结构,因而其纤维拉伸强度、模量很高
5、,但其抗压强度一般;聚酰亚胺具有高强高模的特征,尤其在模量方面非常突出。纤维的优势一直局限在耐高温、耐辐射等方面(如从表1中一些高性能纤维的对比来看,聚酰亚胺纤P84,Kapton),其力学性能还远未达到聚酰亚胺结维的力学性能是比较优越的,其拉伸强度与Kevlar构所应有的水平,其原因主要是过去的合成技术不系列纤维相当;但聚酰亚胺纤维的初始模量则比成熟,酰亚胺化后的聚合物溶解性差,以及纺丝技术Kevlar高出许多,与PBO相当。据文献报道,俄罗[4]存在着较大的难度等。因而,在过去的一段时间里,斯已开发出一种
6、高强型聚酰亚胺纤维,其拉伸强聚酰亚胺纤维的研究与发展相对滞后。随着航天航度可达518GPa,模量达到285GPa;日本也开发出一基金项目:国家自然科学基金重点项目,批准号50433010作者简介:刘向阳(1970-),男,博士生。主要从事高性能聚合物方面的研究。第5期刘向阳等:高性能聚酰亚胺纤维#15#[5][6]种聚酰亚胺纤维,拉伸强度可达416GPa,模量达伸强度一般<110GPa。到107GPa。2.2溶液聚合、溶液纺丝法表1聚酰亚胺纤维与其他高性能纤维力学性能比较2.2.1聚酰亚胺纤维制备工艺类型拉伸
7、强度/GPa模量/GPa延伸率/%通过合成聚酰胺酸中间体溶液或聚酰亚胺溶联苯型聚酰亚胺纤维3.11742.0液,然后进行溶液纺丝,再经一步或两步法工艺制备Kevlar292.8634.0聚酰亚胺纤维,如图1所示。PBO纤维5.81803.5Nomex0.651722UHMWPE3.2993.7聚酰亚胺纤维不仅具有高强高模的特征,而且还具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射等优越的性能,这些性能与Kevlar49的比较见表2所示。表2聚酰亚胺纤维与Kevlar49性能比较图1溶液纺丝制备聚酰亚胺纤维工艺过程性能聚酰亚胺
8、纤维Kevlar49300e空气中300e空气中热氧化稳定性强度保持90%强度保持60%两步法:采用常见的非质子强极性溶剂(如NMP,DMAC)、二胺、二酐在低温下缩聚生成聚酰吸水性12h强度8h强度(200e水蒸汽中)保持60%保持35%胺酸原液,直接进行纺丝,原丝经洗涤、干燥、高温热亚胺化(250~350e),得到聚酰亚胺纤维。由于聚耐水解性250h强度40h强度(85e40%硫酸中)保持93%
