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连云港奥神聚酰亚胺纤维聚酰亚胺(PI)纤维产品性能基础数据1纤维基本参数表1纤维的力学性能样品伸长率（%） 强度（cn/dtex ） 线密度(dtex)PI10-203.5-4.51.5-3注：纤维长度、卷曲程度可按客户需求定制。
2耐酸特性T e n s i l e (c N /d t e x )Time (hr)E l o n g a t i o n (%)Time (hr)上图是几种特种纤维在80℃、0.1mol/L 的HCl 溶液中，其纤维在不同腐蚀时间后的力学性能变化关系。
可见，与其它纤维相比，PI 纤维强度稍有下降，但比P84纤维的耐酸稳定性好，主要是因为我们制备的PI 纤维化学结构有所改进所致。
此外，纤维在酸性环境下处理后，其延伸率基本稳定。
3 耐热氧化稳定性T e n s i l e (c N /d t e x )Time (hr)E l o n g a t i o n (%)Time (hr)上图是几种特种纤维在300℃空气气氛中处理后，其强度和延伸率随受热处理时间的变化关系。
很明显，我们制备的PI 纤维在几种纤维中的表现是最好的，其延伸率的保持率相对也是最好的。
注：PPS 纤维在300℃热处理条件下，已经断裂。
4. 高温裂解特性10020030040050060070080090020406080100M a s s (%)Temperature (oC)PTFE1313P84PI采用TGA 对几种纤维进行热处理实验（如图）发现，我们的PI 纤维产品具有明显的优势，其5%裂解温度为560℃，最大裂解温度630℃。
5. 热收缩行为50100150200-202468101214S t r a i n (%)Time (min)PPSP841313PIStress=0.1 cN/dtex Temperature=250oC上图是通过静态热机械分析（DMA ）表征几种纤维在的250℃下的热收缩情况，很明显，PI 纤维收缩量在2%以下，相对其他四种耐热纤维表现最好。
pi薄膜的单体结构摘要：一、引言二、PI薄膜的单体结构概述1.聚酰亚胺（PI）的基本结构2.亚胺键的形成3.不同类型的PI薄膜单体结构三、PI薄膜的制备方法1.溶液法2.溶胶-凝胶法3.气相沉积法四、PI薄膜的性能与应用1.优异的力学性能2.高温稳定性3.电绝缘性4.应用领域五、结论正文：一、引言聚酰亚胺（PI）薄膜作为一种高性能的有机材料，其单体结构的研究具有重要的理论和实际意义。
近年来，随着科学技术的快速发展，PI薄膜在微电子、光电子和新能源等领域得到了广泛的应用。
本文将对PI薄膜的单体结构进行简要概述，并探讨其制备方法、性能及应用。
二、PI薄膜的单体结构概述1.聚酰亚胺（PI）的基本结构PI薄膜的单体结构由两个部分组成：酰胺基团和亚胺基团。
酰胺基团是由一个氮原子和一个碳原子通过一个双键相连而成的，而亚胺基团是由一个氮原子和一个碳原子通过一个亚胺键相连而成的。
2.亚胺键的形成在合成PI薄膜的过程中，通常采用缩聚反应来形成亚胺键。
缩聚反应是指分子中两个或多个分子通过去除一个小分子（如水、醇等）而形成一个新的化学键。
在PI薄膜的合成中，通常是通过酰氯和胺的反应来形成亚胺键。
3.不同类型的PI薄膜单体结构根据分子结构和合成方法的不同，PI薄膜可以分为多种类型，如线性PI、支链型PI、交联型PI等。
这些不同类型的PI薄膜具有不同的性能，因此在应用中也各有侧重。
三、PI薄膜的制备方法1.溶液法溶液法是制备PI薄膜的一种常用方法。
该方法是将合成得到的PI溶液通过涂覆、干燥等工艺制备成薄膜。
溶液法具有制备过程简单、成本较低等优点，但同时也存在薄膜均匀性较差、易受溶剂影响等问题。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将PI前驱体通过水解、缩聚等反应制备成凝胶，然后干燥、烧结得到PI薄膜。
溶胶-凝胶法具有制备过程可控、薄膜均匀性较好等优点，但制备过程较为复杂，成本较高。
3.气相沉积法气相沉积法是将PI单体或前驱体通过气相反应沉积在基材上，制备成薄膜。
聚酰亚胺纤维（P84）0 引言聚酰亚胺（Polyimide, 简称PI）纤维是以聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸作为纺丝浆液纺丝制备而成，其分子链中含芳酰亚胺等基团，是一种常见的高性能聚合物。
具有高强高模的特点，兼具耐高低温、耐辐射、阻燃等多重特性。
P84纤维是由奥地利Lenzing AG公司（目前为赢创工业）推出的产品，是最早实现商业化和最为常见的聚酰亚胺纤维产品。
P84纤维属于联苯型聚酰亚胺纤维，由3, 3′, 4, 4′-二苯酮四酸二酐(BTDA)和二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)及甲苯二异氰酸酯(TDI)三元共聚物缩聚制成，结构式见图1。
P84纤维可在260℃以下连续使用，瞬时温度可达280℃，具有不规则的叶片状截面，比一般圆形截面增加了80%的表面积。
P84纤维可织成无纺布应用到放射性、有机气体和高温液体的过滤网、隔火毯、防护服等方面，在航天航空、机电、化工、汽车等领域广泛应用。
由于生产技术和生产成本的原因，全球聚酰亚胺纤维一直发展比较缓慢，尚未有较大规模的工业化生产企业。
另外一些基础芳香族聚酰胺纤维（如Kevlar）基本能够满足大部分领域对高性能纤维的使用要求，而对于耐热性、强度和模量更高的聚酰亚胺纤维，并非是急需材料，这也是阻碍其发展的主要因素。
图1 P84纤维的分子结构1 国内外聚酰亚胺纤维研究概况1.1 国外概况20世纪60年代，美国杜邦公司最先开始PI纤维的相关研究，但限于当时整体聚酰亚胺发展技术水平与纤维制备方面的实际困难，杜邦公司并没有将聚酰亚胺纤维推向产业化。
20世纪70年代，前苏联报道了关于PI纤维的相关研究，生产规模较小，仅限于军工、航空航天中的轻质电缆护套等应用。
20世纪80年代，奥地利的Lenzing公司（目前技术为德国赢创公司独有）采用PI溶液进行干法纺丝，实现了聚酰亚胺纤维商业化生产，产品名为P84，产能小，主要用于高温滤材领域，价格昂贵且对我国实行限量销售。
2007年5月，美国通用电气公司与FIT（Fiber Innovation Technology，Inc）达成合作协议，拟开发聚酰亚胺纤维，预计生产规模为年产2000 t。
聚酰亚胺概述聚酰亚胺（Polyimide，PI），是分子结构中含有酰亚胺环的一类高分子化合物，是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一。
聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。
近年来各国都将聚酰亚胺作为最有希望的工程塑料之一进行研究、开发及利用。
聚酰亚胺最早出现是在1908年，Bogert和Renshaw以4-氨基邻苯二甲酸酐或4-氨基邻苯二甲酸二甲酯进行分子内缩聚反应制得了芳香族聚酰亚胺，但那时聚合物的本质还未被充分认识，所以没有受到重视，直到20世纪40年代中期才有了一些关于聚酰亚胺的专利出现。
20世纪50年代末期制得高分子量的芳族聚酰亚胺。
1955年，美国DuPont公司Edwards与Robison申请了世界上第一项有关聚酰亚胺在材料应用方面的专利。
1961年，DuPont公司采用芳香族二胺和芳香族二酐的缩合反应，用二步法工艺合成了聚均苯四甲酰亚胺薄膜（Kapton），并于1961年正式实现了聚酰亚胺的工业化。
1964年，开发生产聚均苯四甲酰亚胺模塑料（Vespel）。
1965年，公开报道该聚合物的薄膜和塑料。
继而，它的黏合剂、涂料、泡沫和纤维相继出现。
1969年，法国罗纳-普朗克公司（Rhone-Poulene）首先开发成功双马来酰亚胺预聚体（Kerimid 601），它是先进复合材料的理想基体树脂，该聚合物在固化时不产生副产物挥发性气体，容易成型加工，制品内部致密无气孔，但聚酰亚胺真正作为一种材料而实现商品化则是在20世纪60年代。
1.聚酰亚胺的分子结构与性能（1）聚酰亚胺的分子结构聚酰亚胺由含二胺和二酐的化合物经逐步聚合制备，二胺和二酐的结构不同，可制备一系列不同结构和性能的聚酰亚胺。
结构简式如下：聚酰亚胺的主链重复结构单元中含酰亚胺基团，芳环中的碳和氧以双键相连，芳杂环产生共轭效应，这些都增强了主键键能和分子间作用力。
聚酰亚胺分子由于具有十分稳定的芳杂环结构，分子规整、对称性强，有利于结晶，且分子堆积密度高，分子间距离小，分子链刚性大，因此体现出其他高分子材料所无法比拟的优异性能。
第26卷 第3期合 成 纤 维 工 业 Vol.26 No.3 2003年6月 CHINA SYN THETIC FIBER INDUSTR Y J un. 2003 收稿日期:2002-07-15;修订日期:2003-01-25。
作者简介:张清华(1970-),男,博士,副研究员。
主要从事高性能纤维和导电高分子的研究工作。
基金项目:国家自然科学基金(50103002)和上海市科技启明星资助计划(01Q E14006)。
聚酰亚胺初生纤维的形态结构张清华1 罗伟强1 张春华2 陈大俊1 丁孟贤2(1.东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海 200051; 2.长春应用化学研究所高分子物理和化学国家重点实验室,长春 130022)摘 要:以聚酰亚胺浓溶液为纺丝浆液,以乙醇及其与水的混合物为凝固浴,采用干湿法纺丝工艺路线纺制聚酰亚胺纤维。
用扫描电子显微镜研究了初生纤维形态结构,发现聚酰亚胺初生纤维的内部孔洞较小,而且受凝固浴配比的影响也较小。
同时发现聚酰亚胺干湿法成形过程中存在轻微的原纤化现象。
关键词:聚酰亚胺 高性能纤维 初生纤维 形态 结构中图分类号:TQ342.73 文献识别码:A 文章编号:1001-0041(2003)03-0009-03 聚酰亚胺是目前已经工业化的高分子材料中耐热氧化性最好的品种,原料相对易得。
它不仅具有较高的强度和模量,而且具有较高的耐热氧化稳定性,优越的耐辐射性能和电绝缘性使得聚酰亚胺纤维在高温、放射性环境中具有比其它高技术聚合物纤维更大的优势[1,2]。
国外在多年前就开始研制聚酰亚胺纤维并取得了一些成果,尤其是近几年发展迅速。
我国还未见有关聚酰亚胺纤维的报道。
聚酰亚胺纤维的纺制均是采用湿法或干湿法纺丝技术路线,而初生纤维的形态结构对纤维的后期处理和力学性能将会产生直接的影响[2～4]。
作者采用干湿法纺丝技术制备聚酰亚胺纤维,研究了聚酰亚胺初生纤维的形态结构。
1实验1.1聚酰亚胺浆液的合成 将一定配比的联苯二酐和二苯醚二胺放入装有对氯苯酚的三角烧瓶中,在氮气气氛下加热并搅拌,采用冷凝器将反应放出的水分排出,在200℃继续反应4h ,得到对数比浓粘度为1.92dL/g 的粘稠溶液,该溶液经过过滤就可以直接用作纺丝浆液。
1.2纺丝成形 以所制备的聚酰亚胺浓溶液为纺丝浆液,采用干湿法纺丝工艺技术路线纺制聚酰亚胺纤维。
浆液的温度保持110℃,氮气压力0.3MPa ,喷丝孔直径0.1mm ,空气层高度10mm 。
凝固浴为乙醇和水的混合物,在不同的浴比下得到不同形态结构的初生纤维。
1.3纤维形态结构的测试 将聚酰亚胺初生纤维在液氮中折断,喷金后在J SM -5600LV 型扫描电子显微镜上观察横截面形态并记录,电镜的加速电压10kV 。
2结果与讨论2.1聚酰亚胺纤维的成形 初生纤维的成形主要是由溶液丝条进入凝固浴后溶剂和凝固剂之间的双扩散过程以及在此过程中的相分离所决定的,其中凝固剂的浓度是一个重要因素。
从目前的研究结果看,酚类是聚酰亚胺的良溶剂,尤以对氯苯酚和间甲酚为佳。
实验中采用对氯苯酚为溶剂,乙醇为凝固浴。
采用纯乙醇为凝固浴,凝固速率过快,初生纤维较脆,加入适量的水可缓和聚酰亚胺/酚溶液丝条进入凝固浴后的双扩散过程,凝固浴中乙醇和水的配比对丝条凝固和成形的影响见表1。
2.2聚酰亚胺初生纤维的横截面形态 为了研究凝固浴中乙醇与水的比例对初生纤维内部形态结构的影响,采用了扫描电子显微镜对初生纤维的横截面进行了观察,照片见图1。
表1丝条在不同乙醇/水配比的凝固浴中的成形情况T ab.1 Form ation of as -spun polyimide f ibers in coagulationb ath with different composition of alcohol and w ater乙醇/水丝条成形现象100/0成形较快,但得到的初生纤维较脆,不利于进行热管拉伸70/30成形较好,能够进行热管拉伸,但拉伸性能不及50/50的好50/50成形较为合适30/70能够成形,但凝固速率太慢,存在明显的丝条粘并现象,丝条中残余的溶剂较多0/100不能成形(a ) (b )(c ) (d )图1初生纤维横断面SEM 照片Fig.1 SEM micrographs of cross -section of as -spun fibers 图1是在乙醇/水体积比为30/70的凝固浴中得到的初生纤维,以及经过去除溶剂后纤维的横断面的电镜照片。
图1照片(a ),(b )是残余的对氯苯酚去除前的照片。
放大倍数为2000断面照片(a )表明聚酰亚胺初生纤维是圆柱状的,在低温下折断后的断面也较为规整。
从放大倍数为10000的断面照片(b )看,表面存在大量的“亮点”,这些尺寸在几十到几百个纳米的“亮点”,是初生纤维中的残余溶剂,因为在40℃以下对氯苯酚是晶体。
将初生纤维在60℃的乙醇中回流3h ,将纤维中残余的溶剂彻底去除,其横截面照片见图1(c );另一种处理方式是将初生纤维在室温下浸泡在乙醇中保持24h ,以便将纤维中残余的对氯苯酚去除干净,其横截面的SEM 照片见图1(d )。
从图片(c ),(d )可以看出,无论采用何种方式将纤维中的残余溶剂去除,在SEM 照片中就几乎看不出有“亮点”存在,取而代之的是聚酰亚胺微细纤维和微小的孔洞。
图2是在不同配比的凝固浴中得到的聚酰亚胺初生纤维的SEM 横截面照片。
从图2中发现,乙醇与水的配比对初生纤维内部的孔洞影响不大,这与传统的湿法或干湿法纺丝成形中凝固浴浓度对初生纤维的影响有明显的不同。
如聚丙烯腈湿法成形PAN/NaSCN/H 2O 体系和聚氨酯PU/DMF/H 2O 体系,凝固浴浓度对初生纤维的形态结构包括纤维内的微孔有明显的影响。
a.乙醇/水=30/70b.乙醇/水=50/50c.乙醇/水=70/30d.乙醇/水=100/0图2不同凝固浴中初生纤维的横断面SEM 照片Fig.2 SEM micrographs of cross -section of as -spun fibersobtained in the coagulation bath with differentcomposition of alcohol and water2.3 聚酰亚胺初生纤维的原纤化现象 图3是聚酰亚胺初生纤维沿纤维轴方向撕裂后的纵断面扫描电镜照片。
照片(a )中能够清楚地看到纤维撕裂的痕迹,为清楚起见,将纤维逐级放大到10000和20000。
从照片(b )可看出,纤维出现了类似原纤化现象(暂且称之为原纤化),而照片(c )则可以看到纤维原纤化后其内部的结构。
在原纤化纤维内部存在大量的“孔洞”,孔洞尺寸在几十到几百个纳米。
a.×2000b.×10000c.×20000图3初生纤维原纤化SEM 照片Fig.3 SEM micrographs of fibrillated as -spun fibers3 结论 采用干湿法制备了聚酰亚胺初生纤维,对其形态结构的SEM 分析表明,初生纤维中存在一01 合 成 纤 维 工 业 第26卷定量的溶剂,凝固浴配比对纤维中孔洞的影响不大,同时还发现,聚酰亚胺纤维存在明显的原纤化现象,原纤化尺寸在几十到几百个纳米。
参 考 文 献[1] 丁孟贤,何天白.聚酰亚胺新型材料[M].北京:科学出版社,1998.8[2] 张清华,陈大俊,丁孟贤.聚酰亚胺纤维[J].高分子通报,2001,(5):66[3] Jinda T,Matsuda T.High-strength and High-modulusCopoly(p-phenylenepyromellitimide)/biphenyl(tetracar2 boximide)Fibers[J].Sen-I G akkaishi.1991,47(11):625 [4] Eashoo M,Shen D,Wu Z Q,et al.High Performance Aro2matic Polyimide Fibers:2.Thermal Mechanical and Dynamic Properties[J].Polymer,1993,34:3209Morphology and structure of as-spun polyimide f ibersZhang Qinghua1,Luo Weiqiang1,Zhang Chunhua2,Chen Dajun1,Ding Menxian2(1.S tate Key L ab.f or Modif ication of Chemical Fibers and Polymer M aterials,Donghua U niversity,S hanghai200051;2.S tate Key L ab.of Physics and Chemist ry,Changchun Institute of A pplied Chemist ry,Changchun130022) Abstract:Polyimide fibers were prepared via dry-jet wet-spinning process with the mixture of alcohol/water as coagulation bath.The morphology and structures of as-s pun polyimide fibers were observed with scanning electron microscope.The results showed that the coagulation bath composition had little influence on the size of the internal micro pores in the fibers,and the fib2 rillation of as-s pun fibers occurred in a slight degree during the spinning process.K ey w ords:polyimide;high-performance fiber;as-s pun fiber;morphology;structure涤纶短纤维盛丝桶铺丝状态不良原因剖析1 盛丝桶铺丝状态的影响因素1.1 盛丝桶的丝束喂入状态喂入机的喂入轮的啮合间距对铺丝状态有重要影响。
按照工艺的要求,采用两齿轮有间隙的啮合,其齿间隙以既能将丝束拉紧,又能使丝束从喂入轮下部顺利剥离为宜。
