BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺初生纤维的制备及其结构与性能的研究

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聚酰亚胺纤维具有高模量、高强度、耐高温、耐腐蚀、耐辐射、机械性能好、摩擦性能优良、较高的热分解温度、良好的耐低温性能、较好的介电性能等优异性能,在航空、航天、电器、机械、化工、微电子等高技术领域被广泛使用。  目前聚酰亚胺纤维商品化的品种很少,主要是P84纤维和Kermel纤维,P84纤维以其耐高温,耐辐射,良好的柔软性和耐磨性等优点广泛的应用于工业领域。在我国,上海合成纤维研究所是国内最先从事聚酰亚胺纤维的研究机构,长春应化所也开展了大量工作,但是很多的研究也只是局限于实验室,离工业化还有很长的路要走。  本文主要以BTDA-TDI/MDI(P84)共聚物粉末为纺丝原料,采用国内成熟的湿法纺丝工艺,探讨湿法纺丝制备BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺初生纤维的工艺过程。  首先,通过溶度参数、特性粘度以及三元相图的分析确定BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺湿法纺丝的最佳溶剂是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。因此在后续的湿法纺丝过程中我们采用NMP作为纺丝溶剂。  其次,研究了BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺/NMP纺丝溶液的浓度以及温度对纺丝溶液的稳态流动曲线、粘流活化能、非牛顿指数、结构粘度指数、储能模量、损耗模量和复数粘度的影响。结果表明:BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺/NMP纺丝溶液为切力变稀流体,聚合物浓度的增加或温度的降低均使纺丝溶液的非牛顿性增加;在低剪切速率下,聚合物浓度增加使纺丝溶液的粘流活化能增加;随着聚合物浓度的增加或温度的降低,纺丝溶液结构粘度指数增大;随着聚合物浓度的增加或温度的降低,纺丝溶液的G、G"和η*相应地增大。  再次,采用宏观模型对凝固过程进行了观察与研究。通过计算凝固样条重量随凝固时间的变化来考察在不同条件下凝固速度的变化,并且观察了凝固样条的内部形态结构。虽然这种宏观模型与实际的纺丝细流相比存在一定的体积效应,但是从本质上反映了凝固样条与凝固浴之间的双扩散动力学过程。  最后,对不同纺丝条件下制备得到的BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺初生纤维进行扫描电镜观察、力学性能测试、XRD以及热性能分析(TGA)。结果表明:在纺丝浆液浓度为21%,凝固浴温度为25℃,凝固浴浓度为70%,喷头负拉伸为40%条件下制备得到的初生纤维的内部结构致密且断裂强度最大;不同纺丝条件下得到的初生纤维结晶度都不高,但是其热分解起始温度都超过了450℃,说明其耐热性能较佳;随着热拉伸倍数的提高,BTDA-TDI/MDI(P84)共聚聚酰亚胺纤维的断裂强度逐渐增大。
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