聚酰亚胺纤维的性能

日期：2018-10-23 11:03

在聚酰亚胺纤维的大分子链中,其主体化学结构为酰亚胺环、苯环或其他五元及六元杂环结构。这样的化学结构不仅主链键能大,而且通过芳环间的丌-T作用,大大提高了大分子链间的分子间作用力。因此,当聚酰亚胺纤维受到热、高能辐射以及外力作用时,纤维大分子吸收的能量很难大于使分子链断裂所需的能量,而使纤维表现出许多优良的性能。除了具有高强高模的特点,聚酰亚胺纤维还具有如耐辐射、耐高温以及优良的电绝缘性等特点。与其他有机纤维相比,聚酰亚胺纤维具有如下特殊性能。

(1)高强高模性能。与其他高性能纤维相比,许多聚酰亚胺纤维都具有更高的强度和模量,强度最高可达5.8-6.3GPa,模量最高可达280-340GPa,其断裂强度超过了 Kevlar29和 Kevlar49,甚至与聚对苯撑苯并二嘌唑(PBO)纤维相当。仅从力学性能方面考虑,聚酰亚胺纤维在高性能纤维领域已具有很强的竞争优势。

(2)热稳定性。聚酰亚胺纤维的耐热性非常好,全芳香族聚酰亚胺开始分解温度一般都在500℃左右。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺,热分解0温度达到600℃,是迄今聚合物热稳定性最高的品种之一,它能在短时间耐受一55℃高温而基本保持其各项物理性能不变。

(3)耐低温性。聚酰亚胺纤维可以耐极低的温度,如在-269℃的液氮中仍不会脆裂,可作为低温条件下工作的纤维材料。

(4)耐辐照性。聚酰亚胺纤维在80~100℃紫外线辐照24h后强度保持80%,而经1×10rad电子辐照后其强度保持率90%。

(5)耐水解性。在85℃的40%硫酸中处理聚酰亚胺纤维250h,其强度保持93%,而在200℃水蒸气中12h,其强度保持60%。

(6)低吸水性。与 Kevlar纤维相比,聚酰亚胺干纤维在20℃吸湿仅为0.65%,而前者为4.56%。

(7)介电性。聚酰亚胺纤维中虽然存在一定数量的极性基团,但结构对称且大分子主链刚性,限制了极性基团的活动性,故具有良好的电绝缘性,其介电常数为3.4左右。含氟的聚酰亚胺纤维其介电常数可降到2.5左右。

(8)阻燃及耐化学试剂稳定性。聚酰亚胺纤维为自熄性材料,发烟率低,如由二苯酮四酸二酐(BTDA)和4,4′-二异氰酸二苯甲烷酯(MD)纺制的聚酰亚胺纤维的极限氧指数(LOI)为38。同时纤维对有机溶剂相对较为稳定,具有优良的耐化学腐蚀性。

表1-1为聚酰亚胺纤维与其他几种高性能纤维的性能指标

纤维名称	密度/(g/cm3)	拉伸强度/GPa	拉伸模量/GPa	断裂伸长率%	L01
碳纤维T700	1.80	4.9	230	2.1
Kevlar 49	1.45	2.9	124	2.8	29
PBO纤维	1.59	4.8-5.8	211-280	2.5	68
聚乙烯(PE)纤维	0.98	3.4	168
聚酰亚胺纤维	1.45	5.8-6.3	280-340	2	38-40

表1-2为聚酰亚胺纤维与 Kevlar49的性能比较

性能	聚酰亚胺纤维	Kevlar 49
模量	可以达到1400g/天	不到1000g/天
热氧化稳定性	300℃空气中强度保持90%	强度保持60%
吸水性	0.65%	4.56%
在85℃40%硫酸中的耐水解性	250h强度保持93%	40h强度保持6%
在200℃水蒸气中的耐水解性	12h强度保持60%	8h强度保持35%
85℃10%NaOH中的耐水解性	lh强度下降40%	50h强度下降50%
80-100℃紫外线辐照	24h强度保持90%	8h强度保持20%
L01	38-40	29

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