挑战杯申请书

作品申报书

作品名称：一种新型耐高温共聚聚酰亚胺纤维

学院名称：材料科学与工程

申报者姓名

（集体名称）：向红兵邢俨鹏朱礼梁胡婷婷王亓超

类别：

□自然科学类学术论文

□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文

□科技发明制作A类

科技发明制作B类

B3．申报作品情况（科技发明制作）作品全称一种新型耐高温共聚聚酰亚胺纤维

作品分类（E） A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）

B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）

E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）

作品设计发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标

目的：第一个有关聚酰亚胺纤维的报道出现在1966年。对它的研究真正开始于20世纪60年代中期的美国和前苏联，我国也于20世纪60年代中期开始研究，可惜没有多少资料留下来，70年代后研究工作就中断了。随后日本也开展了活跃的研究。尽管聚酰亚胺纤维种类繁多，但到目前为止，处于半商业化和商业化的聚酰亚胺纤维品种很少，主要集中在法国、美国、俄罗斯和奥地利等国家。

进入21世纪以来，我国的材料工业从短缺经济中走了出来，传统的化纤产能严重过剩，纤维制造业开始转向高技术门槛、高回报的高性能纤维方向发展，但由于聚酰亚胺纤维在工业中的大量应用，欧美对技术进行严密的封锁。要想拥有自己的聚酰亚胺纤维产品，只有在现有的工业基础上，依靠自己的力量完成工业化过程。聚酰亚胺纤维仍然是未来的纤维，开展这方面的研究和开发具有超越意义。

基本思路：本项目提出以共聚聚酰亚胺（BTDA-TDI/MDI聚合体）为纺丝原料，采用一步法湿法纺丝制备耐高温聚酰亚胺纤维，为新型优良的耐高温共聚聚酰亚胺纤维的工业化做前期探索，逐步形成有自主知识产权的纺丝工艺技术，拓宽耐高温共聚聚酰亚胺纤维的研究及应用领域。

创新点：以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，水为非溶剂，结合特定温度下非

溶剂/溶剂/BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺三元体系相图，采用湿法纺丝纺制备趋于圆形截面的BTDA-TDI/MDI共聚聚酰亚胺纤维。

作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）

目前，在实验室中也得到了一些不同化学结构的高强高模、耐高温、耐辐射的聚酰亚胺纤维，例如：M.Eashoo等[1]选用2,2-双(3,4-二羧苯基)六氟丙烷二酐（6FDA）和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-六氟丙烷（4BDAF）聚合，采用湿法纺丝法制备了低介电常数的聚酰亚胺纤维[2-3]。四川大学顾宜课题组制备了力学性能较好的PMDA/4,4’-ODA二元共聚聚酰亚胺纤维，顾宜等还采用对苯二胺（PPD）与均苯四酸二酐（PMDA）和4,4’ -二氨基二苯醚共聚，使刚性单体以无规共聚的形式连接到原本柔性的大分子主链上，从而达到提高纤维强度的目的。东华大学张清华课题组制备了一定强度的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐（BPDA）和4,4'-二氨基二苯醚（ODA）二元共聚聚酰亚胺纤维[4]。Guanqun Gao等[5]采用2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑（PABZ）与4,4’ -二氨基二苯醚和均苯四酸二酐（PMDA）三元共聚合成PAA，然后采用湿法纺丝法，再进行热处理。当PABZ/ODA为7/3时，纤维的拉伸强度和初始模量分别达到1.53和220.5Gpa，PABZ分子中含有苯并咪唑环，它的加入提高了高分子链的刚性。但这些研究还仅仅处于实验阶段，能够工业化的聚酰亚胺纤维寥寥无几。且这些聚酰亚胺的溶解性能差，大大地限制了采用一步法工艺制备聚酰亚胺纤维的种类，所以常采用两步法制备聚酰亚胺纤维，后续处理工艺繁琐，污染严重。

而该作品所采用的BTDA-TDI/MDI共聚聚酰亚胺耐热性能优异，能溶解于常规非质子溶剂，可进行一步法纺丝成型。结合本课题组丰富的湿法纺丝经验，打破国外技术垄断，制备趋于圆形截面的BTDA-TDI/MDI共聚聚酰亚胺纤维，通过后续的热处理工艺提高纤维的力学性能。拓宽该聚合物纤维在如防护产业等领域的应用范围。

参考文献

[1] M. Eashoo，L. J. Buckley，A.K. ST. Clair．Fibers from a Low Dielectric Constant Fluorinated Polyimide: Solution Spinning and Morphology Control，Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics，1997，35 (11)：173–185．[2] 许伟，刘向阳，顾宜，叶光斗．聚酰亚胺纤维的制备及其结构研究，合成纤维工业，2006，29(2)：1-3．

[3] 黄荣辉，姚果，顾宜，许伟，叶光斗．三元共聚聚酰亚胺纤维的制备，合成纤维工业，2007，30（1）：1-4．

[4] Q.H. Zhang，M. Dai，M.X. Ding，D.J. Chen，L.X. Gao．Morphology of

Polyimide Fibers Derived from 3,3,4,4-Biphenyltetracarboxylic Dianhydride

and 4,4-Oxydianiline，Journal of Applied Polymer Science，2004(93)：

669–675．

[5] G.Q. Gao，L.Dong，X.Y. Liu，G.D. Ye，Y. Gu．Structure and Properties

of Novel PMDA/ODA/PABZ Polyimide Fibers，Polymer Engineering and

science，2008，48(5)：912~917．

作品在何时、

何地、何种机构

举行的评审、鉴

定、评比、展示

等活动中获奖及

鉴定结果

无

作品所处阶段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）

技术转让方式无

作品可展示的形式

□实物、产品□模型□图纸□磁盘□现场演示□图片□录像 样品