含嘧啶杂环的聚酰亚胺纤维
日期：2018-12-27 09:51
1.最早的含嘧啶杂环聚酰亚胺纤维
含嘧啶杂环的聚酰亚胺纤维(PMDA-ODA-PRM),最早由苏联报道-3纤维的典型化学结构特征是在聚合物结构中使用了含嘧啶杂环二胺2,5(4-胺基苯基)嘧啶(2,5-PRM)或2,4-二(4-胺基苯基)嘧啶(2,4-PRM)作为共聚的二胺之一(图4-1),含嘧啶的聚酰亚胺纤维具有更为规整的微纤结构和更小的缺陷,这种微观形貌成为决定纤维高强高模的一个重要因素。最早报道的含嘧啶杂环的聚酰亚胺纤维出现于1988年1,是由4,4′-二胺基二苯醚(ODA)和2,5-PRM作为混合二胺与均苯四酸二酐(PMDA)共聚制备(图4-2,P-1),该纤维5%热失重温度为470℃,其拉伸强度最大可达到1.47GPa,断裂伸长率为5.3%,模量为9GPa,400℃下,拉伸强度下降到0.57GPa,模量下降到16.8Ga。
图4-1 含嘧啶杂环的二胺
图4-2 由2,5-PRM和ODA制备的共聚聚酰亚胺纤维化学结构
2.含嘧啶杂环聚酰亚胺纤维
1991年,一种由2,5-PRM和对苯二胺(pPDA)作为混合二胺与3,3,4,4-联苯四酸二酐(BPDA)共聚制备的聚酰亚胺纤维(BPDA-pPDA-PRM)被首次报道(图4-3,PI-2),该纤维采用两步法制备,聚酰胺酸纺丝采用湿法纺丝2。对比由BPDA和pPDA共聚制备的聚酰亚胺纤维(拉伸强度为1.21GPa,模量为101Pa),2,5-PRM的引入极大地提高了纤维的力学性能(表4-1,1-8),二胺中含15%(摩尔分数)的2,5-PRM即可将纤维性能提高1倍。该共聚聚酰亚胺纤维的5%热失重温度达到540℃,其力学性能与聚合物中两种二胺单体2,5-PBRM和pPDA的比例密切相关(图4-4)。纤维的拉伸强度和模量随着2,5-PRM比例的提高而提高,至2,5-PRM和pPDA等摩尔量时,达到最高,在此比例下,其常温下拉伸强度可达494GPa,模量达282GPa,断裂伸长率达4.8%,进一步提高2,5-PRM的含量则导致力学性能下降。高温下,该聚酰亚胺纤维力学性能随着二胺单体2,5-PRM和pPDA的比例呈与常温下相一致的变化趋势,同样在两者等摩尔量时达到最大,400℃时其拉伸强度为2.14GPa,断裂伸长率为2.1%,模量为94CPa,500℃时拉伸强度进一步降低为0.82GPa,断裂伸长率则为1.6%,模量为66CF,可见该聚酰亚胺纤维高温性能仍然十分可观。