摘要
聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，已受到了人们日益关注。聚酰亚胺纤维是高性能纤维的典型代表，具有耐高温、耐辐射和优良的力学性能，在航空航天、国防建设、环境防护等领域具有很好的应用前景。但由于聚酰亚胺本身分子链的刚性以及分子链间的强烈作用，使得聚合物难以熔融或溶解，使其加工困难，从而导致该纤维制备非常困难。针对此问题，本论文采用新型二胺单体，设计合成了一系列三元共聚的芳香族聚酰胺酸（PAA）纺丝溶液，并采用干法纺丝成形制备聚酰亚胺前驱体纤维，再经热环化和热拉伸处理制备聚酰亚胺纤维。讨论了不同二胺单体的比例对聚合浆液、热环化、干法纺丝、耐热性等方面的影响，为干法纺丝制备新型聚酰亚胺纤维提供研究方法和技术支撑。 本研究中选取了3,3',4,4'-联苯四甲酸酐（BPDA）单体作为反应二酐，以4,4'-二氨基苯酰替苯胺（DABA）和5-氨基-2-(对氨基苯基)苯并咪唑（BIA）为二胺单体，利用极性溶剂N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）作为聚合反应介质，调整二胺单体的比例制备得特性粘度在1.9~2.5 dL/g、分子量分布适宜的聚酰胺酸浆液；通过流延成膜、高温环化手段制备厚度均匀且力学性能较好的聚酰亚胺薄膜；红外光谱手段及升温红外方法研究了聚酰胺酸的环化过程及随着 BIA量的改变对体系环化程度的影响。 利用干法纺丝成形手段，制备了结构稳定的聚酰亚胺前驱体纤维，为后期的完全环化和热拉伸处理工艺提供了基础。在此期间探索了纺丝工艺中纺丝甬道温度、泵供量、卷绕速度及浆液的表观粘度对纤维成形的影响，并综合对比了初生纤维的力学性能。结果显示当浆液表观粘度在2400~3000 Pa·s时、纺丝温度为250℃、卷绕速度在150 m/min时可实现新型聚酰胺酸浆液的可纺性，同时也证明了干法纺丝路线获得新型聚酰亚胺纤维制备是可行的。元素分析测试结果表明共聚型前驱体纤维的环化程度达到27%，由此得出干法纺丝过程中纤维发生了环化反应。 通过热环化和热拉伸工艺等手段获得综合性能较好的聚酰亚胺纤维。分析了温度、拉伸倍数及二胺 BIA的加入比例对聚酰亚胺纤维的力学性能影响。热力学分析测试结果显示聚酰亚胺纤维的玻璃化温度在350℃~380℃之间，玻璃化转变活化能在866.3 kJ/mol，热失重温度在500℃以上，耐热性优异；声速取向测试结果表明，纤维的取向度随着拉伸倍数的增加而升高；XRD测试结果表明，当拉伸倍数提高导致纤维的发生结晶，结晶度增加；扫描电镜结果表明干法纺丝制备的聚酰亚胺纤维截面致密性较湿法纺丝高。
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