2,5-PRM、pPDA和mPDA共聚制备的聚酰亚胺纤维
日期：2018-12-28 16:19
2008年,一类由包括2,5-PRM在内的三种二胺和BPDA共聚制备的聚酰亚胺纤维被报道(图4-5),该纤维是对P1-2纤维化学结构的进一步改进,再次实现聚酰亚胺纤维力学性能的跃升,其拉伸强度已经超越了现在已知的有机纤维的力学性能指标。这类三种二胺组成的共聚聚酰亚胺使用的二酐为BPDA,混合二胺单体由2,5-PBRM、pPDA和mPDA组成,其中2,5-PRM占二胺用量的50%(摩尔分数),其余为pPDA和mPDA。该聚酰亚胺纤维的力学性能与二胺单体pPDA和mPDA的组成比例密切相关(,与前述两组分二胺共聚制备的P-2相比,纤维力学性能的大幅提升来源于加入少量mPDA的贡献,随着其加入量从1%(摩尔分数)增加到7%(摩尔分数)(相应减少pPDA的量),纤维的拉伸强度从5.10GPa上升到7.l6GPa,继续增加mPDA的量,拉伸强度开始下降,至mPDA含量增加到15%(摩尔分数),拉伸强度下降到6.01GPa。高温下拉伸强度呈现相同的变化趋势,400℃时各种二胺组成比例的聚酰亚胺纤维拉伸强度均在2.12Pa以上,mPDA含量为7%(摩尔分数)的聚酰亚胺纤维,其拉伸强度更是达到2.99GPa,即使在500℃的高温,仍然保持了1.18GPa的拉伸强度。含嘧啶的PI-3纤维的断裂伸长率随聚合物二胺组成比例无明显变化,常温下为4.0%~4.4%,400℃下为1.7%-1.8%,500℃下为1.3%~1.4%。有趣的是,这类聚酰亚胺纤维的模量随着mPDA含量的增加逐渐减小,从1%(摩尔分数)时的280GPa,下降到15%(摩尔分数)时的212GPa,在含量为7%(摩尔分数)时,为260GPa。尽管存在这样的模量下降趋势，但是已经足以满足多数追求高强高模力学性能的应用需求。
图4-5 由 2,5-PRM、pPDA和mPDA共聚制备的聚酰亚胺纤维化学结构
以2,4-PRM代替mPDA制备化学结构含有2,5-PRM、mPDA和2,4-PRM的共聚聚酰亚胺纤维,纤维的拉伸强度明显降低,模量也显著下降同样,2,4-PRM含量为5%(摩尔分数)的聚酰亚胺纤维,其拉伸强度仅为5.63GPa,明显低于mPDA含量同为5%(摩尔分数)的聚酰亚胺纤维,后者拉伸强度为6.38GPa。当2,4-PRM提升到10%(摩尔分数)时,聚酰亚胺纤维拉伸强度可以提升到6.23GPa,与mPDA同为10%(摩尔分数)的聚酰亚胺纤维相比,拉伸强度略为接近。2,4-PRM的引入,显著降低了聚酰亚胺纤维的模量,2,4-PRM含量为5%(摩尔分数)和10%(摩尔分数)的聚酰亚胺纤维,其模量分别为139.5GPa和103.4GPa。相比于mPDA,2,4-PRM的引入对聚酰亚胺纤维的力学性能并未形成正面的贡献,在聚酰亚胺纤维化学结构设计中,杂环单体不能一概而论,适当的结构范围内的筛选十分必要。
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