高性能聚酰亚胺纤维的制备及应用

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玻璃纤维、Kavlar纤维和聚酰亚胺纤维介电性能对比
纤维 E玻璃纤维 S玻璃纤维 D玻璃纤维 石英玻璃纤维 Kevlar49纤维 Spectra 1000 聚酰亚胺纤维
介电常数 6.13 5.21 4.00 3.78 3.85 2.30
2.5~3.5
介电损耗 0.0038 0.0068 0.0026 0.002 0.001 0.0001 0.001
76.03
Elongation /%
1.12
73.93
2.27
51.49
5.49
43.60
8.03
聚酰亚胺纤维分子结构与性能
Tan Delta
0.40
0.35
co-PI-0
co-PI-1
0.30
co-PI-3
0.25
co-PI-5
0.20
0.15
0.10 0.05
relaxation
relaxation
O
O
N
N
O
O
O
耐高温、耐低温 高尺寸稳定性 高比强度、高比模量 高电绝缘 低介电常数、低损耗 耐腐蚀、耐辐射 低吸水率 低热膨胀 抗蠕变
聚酰亚胺薄膜
聚酰亚胺纤维
聚酰亚胺纤维性能特点
与其它高性能纤维的比较
纤维
强度 (GPa)
伸长 (%)
模量
密度
(GPa) (g/m3)
长期使 用温度 (℃)
PI Fibers co-PI-0 co-PI-1 co-PI-3 co-PI-5
p-PDA/ODA (molar ratio)
10:0
9:1
7:3
5:5
[η] /(dL·g-1)
3.22
2.81
2.53
2.71
Strength /GPa 0.83
1.56
2.20
2.87
Fixed-Length Modulus/GPa
聚酰亚胺纤维性能特点
与芳纶纤维相比
耐高温 耐紫外 低吸水率和高绝缘性 耐酸性 低介电
与碳纤维相比
比重小 高韧性 高绝缘
高性能聚酰亚胺纤维性能特点
结构可变、性能可调、开发多品种
PO
N N H
O NH N
O NH N
O
O
N
N
O
Om
O
N O
O O
N O
O N
Om
O N O
m
O N O
O N O
Beijing University of Chemical Technology
高性能聚酰亚胺纤维的制备及应用
武德珍
北京化工大学
E-mail: wdz@mail.buct.edu.cn
High-Performance Polymer
前言-课题组情况介绍
课题组聚酰亚胺(PI)材料研究工作
聚酰亚胺纤维
O
O N O
O
O
N O
O
N O
O
N HN
O
N O
O NH
N
O N O
O N
O
O N O
O N O
O
N O
O N O
N HN
O
O
N
N
N
H
O
O
O
N
N
Om
O
O N
On
例 BPDA/(p-PDA/AAQ) 共聚型聚酰亚胺纤维的结构与性能
O
O
NH
N
N
O
O
O
N
N
Om
O
co-PI fibers co-PI-0 co-PI-1 co-PI-2 co-PI-3 co-PI-4 co-PI-5
高性能聚酰亚胺纤维
航空航天
军用
民用
轻质电缆护套
发动机保护罩
防弹头盔
高速列车
人造卫星
核工业
战斗机
防弹衣
轮胎帘子线
飞艇
雷达天线罩
导弹
野战防护网
自行车 High-Performance Polymer
高性能聚酰亚胺纤维制备
10
1. 聚酰亚胺纤维国内外研究现状
国外
美国 日本 奥地利
俄罗斯
国内
国内
60年代开始研究,目前仍无产品,且性能都不高
AAQ: p-PDA (molar ratio)
0 1:9 3:7 5:5 7:3 9:1
[η] /(dL·g-1)
1.78 1.72 2.05 1.83 1.63 1.99
O
O N
On
O
N
O
n
O
O
O
N
N
O
O
n
结构可变、性能可调、开发多品种
BPB QPB QOB
BPOB
High-Performance Polymer
聚酰亚胺纤维的应用领域
耐高温聚酰亚胺纤维(利用其耐高温和阻燃特性)
高温滤材
消防服
绝热纸
作战服
宇航服 High-Performance Polymer
聚酰亚胺纤维的应用领域
聚酰亚胺薄膜
聚酰亚胺其他材料
耐高温低成本PI纤维 高强高模PI纤维 PI/银复合纤维 PI基碳纤维
高强高模PI薄膜 PI绝缘膜 表面金属化PI薄膜 PI基碳膜 存储功能PI薄膜 PI纳米复合薄膜 PI感湿薄膜
PI纳米纤维膜 PI清漆 PI模塑粉
聚酰亚胺纤维性能特点
聚酰亚胺介绍
紫外辐射24h 强度保持率
超高分子量
聚乙烯纤维
3.4
芳纶
Kevlar49
2.8
碳纤维
T300
3.5
聚酰亚胺纤维
4.2
2.0
160
0.97
100
2.4
132
1.44
200
1.5
230
1.76
--
2.6
167
1.43
300
≥90% ≤20%
-≥95%
High-Performance Polymer
聚酰亚胺纤维性能特点
北化开发了一体化成型的聚酰亚胺纤维制备技术
即:从聚酰胺酸溶液出发,连续经过凝固、水洗、干燥、环化和牵伸, 直接获得聚酰亚胺纤维
1. 储料罐 2. 计量泵 3. 喷丝板 4. 导丝辊 5. 凝固浴 6. 清洗浴 7. 热辊 8. 热板 9. 管式热炉 10. 卷绕设备
聚酰亚胺纤维分子结构与性能

(m+n) BPDA + m p-PDA + n ODA
2.聚酰亚胺纤维的制备工艺 聚酰亚胺合成和化学结构演变
传统PI纤维制备方法
一步法 可溶性PI溶液
湿法或干法纺丝
高温牵伸
优点:可以获得较高性能纤维 缺点:单体价格昂贵;使用沸点高、毒性大的溶剂
两步法
聚酰胺酸溶液
湿法或干法纺丝
高温环化和牵伸
优点:单体来源广泛、价格低;溶剂毒性小 缺点:纤维性能较低,后处理过程复杂
拉伸强度:0.5GPa 拉伸模量:2.3GPa 拉伸强度:5.8GPa 拉伸模量:285GPa
P84产品,耐高温过滤、 防护服等
没有相关的技术报道和 产品及产业化消息
北京化工大学,长春应化所 东华大学,四川大学
耐高温聚酰亚胺纤维已实现 技术突破和产业化,高强高 模聚酰亚胺纤维正在研制和 工程化
High-Performance Polymer
0.00
100
200
300
400
500
Temperature /℃
PI Fibers
co-PI-0 co-PI-1 co-PI-3 co-PI-5
Tg/℃
339 322 300 280
聚酰亚胺纤维分子结构与性能
共聚型聚酰亚胺纤维—氢键作用
O
O
NH
N
N
O
O
O
N
N
Om
OБайду номын сангаас
O N O
n
O N
O NH
N
O N
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