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随着航空航天、环境保护、微电子等领域的快速发展,各界对高强、高模、耐热、轻质高分子材料的需求也与日俱增。聚酰亚胺是分子主链结构中含有酰亚胺环的一类高分子材料,其主链结构中芳杂环的高度共轭特性,赋予其纤维高强、高模、耐热等优异性能。近年来,通过静电纺丝技术制备的聚酰亚胺纳米纤维具有大的比表面积、高孔隙率、高强、高模、耐热等特性,广泛应用于锂离子电池隔膜、能源储存、高温过滤、航空航天等领域。尽管通过电纺制备的聚酰亚胺纳米纤维具有很高的强度,但是由于纤维的直径较小,所能承受的断裂强力也较小;同时,为获得连续、均一的纤维,用于电纺的前驱体聚酰胺酸(PAA)溶液的浓度通常低于20%,这意味电纺溶液中含有大量的有毒、不环保的溶剂,如DMAC,DMF,NMP等。为解决以上问题,本论文首先制备了易溶于水的聚酰胺酸盐(PAAS)纳米颗粒,通过电纺PAAS/水-乙醇(PAAS/H2O-C2H5OH)溶液,制备了高强度的聚酰亚胺微纤维。具体工作如下:1.聚酰胺酸盐纳米颗粒的制备与表征:采用低温缩聚和两步溶剂交换法制备了PAAS粉末。结果表明:低温缩聚生成PAA的特性粘度为4.49 dl/g,与N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)反应,并经两步溶剂交换后获得的PAAS的特性粘度为6.36 dl/g;第一步溶剂交换过程中,稀释浓度对制备PAAS粉末有较大影响,稀释至5?6%的PAA溶液制备出的PAAS粉末易过滤,操作简便,制备的颗粒为纳米级;此外,分子结构对聚酰胺酸盐(PAAS)的溶解性有较大的影响,分子链中胺盐的密度越大,其溶解性越好,如PMDA-PDA-PAAS,PMDA-ODA-PAAS易溶于水,而BPDA-ODA-PAAS不溶于水。2.聚酰亚胺微纤维的制备及表征:采用上述制备的易溶于水的PMDA-ODA-PAAS纳米颗粒为原料,经“绿色”电纺和热亚胺化后,制备了聚酰亚胺微纤维(PI-MF)纤维膜。测试结果表明PI-MF纤维表面均一、光滑,纤维的直径分布较宽,在1.2?3.2?m之间,其平均直径为1.91?m。机械性能测试结果表明,当亚胺化温度为430℃时,PI-MF纤维膜的机械性能较好,其拉伸强度、模量、断裂伸长率分别为229 MPa,2 GPa,16.1%。TGA测试结果显示,PI-MF纤维膜具有优异的耐热性能,5%热失重温度在481?519℃之间,800℃下的碳残留率在53%左右。热机械性能测试结果显示,PI-MF纤维膜的玻璃转变温度高达382℃,同时其储能模量即使在高温下也具有很好的保持率。3.高强度聚酰亚胺微纤维单丝的制备及表征:采用本实验之前报道的方法,制备了PI-MF单纤维。其SEM和单纤维的拉伸测试表明,直径为1.94μm的PI-MF单纤维的拉伸强度、模量、断裂强力分别为1036 MPa,5.22 GPa,3061μN。直径为3.06μm的PI-MF单纤维的的拉伸强度、模量、断裂强力分别为989 MPa,8.32GPa,7270μN。同时也说明了,PI-MF单纤维的拉伸强度和模量随纤维直径变化不大。然而,PI微纤维的断裂强力却从3061μN增加到7270μN;偏振拉曼测试表明,PAAS-MF纤维的取向度为70%,经430℃热处理后的PI-MF纤维的取向度高达91%。XRD测试结果表明,PI-MF部分结晶。电纺溶液中大量电荷的存在及溶剂中氢键的作用,有利于纤维的结晶。