高性能聚酰亚胺纤维及其它新型材料

k数
1,2,3,4 0.5,1,2,3
同上 同上 同上 同上
高强高模PI纤维成果鉴定
2016年6月通过石化联合会科技成果鉴定 拉伸强度： >3.5GPa 拉伸模量： >150GPa
技术国际领先，设备首套，产品填补空白
媒体报道
中国科技日报、中国化工报、日本化学工业日报报道：中国已建成世界首条30吨高强高模 聚酰亚胺生产线，纤维拉伸强度实现3.5GPa。
断裂伸长率/(%) 密度（g/cm3） 玻璃化转变温度
Tg/(°C) 10wt%热分解温
度/（°C）
极限氧指数/ （LOI）
自制PI纤 维性能
2.16 4.11
56.66 15.4 1.4 410
580
48
P84 2.2 4.0-4.4
10-25 20-40 1.41 315 513
38
耐高温聚酰亚胺纤维
2.6
3.5-4.5
3.1
1.0-1.5
纤维
对位芳纶 芳纶Ⅲ
S35
PI纤维与芳纶纤维蠕变性能对比
拉伸载荷占 断裂载荷的
5%
G0/%
G/%
1.35
0
拉伸载荷占 断裂载荷的
20%
G0/%
G/%
2.00
0
拉伸载荷占 断裂载荷的
50%
G0/%
G/%
3.20
0
1.45
0
1.95
0
2.90
0
1.35
0
1.50
0
三、高强聚酰亚胺纤维性能评价
问题： 没有数据积累 应用信息少
高强高模聚酰亚胺纤维与其它纤维的对比
纤维
对位芳纶 芳Ⅲ S35
密度 （g·m-3）
1.44 1.45 1.44
拉伸强度 （GPa）
2.9 4.0 3.5
模量 （GPa）
100 150 120
断裂伸长率 （%）
回潮率（%）
2.5
4.5-8.0
北化参加国家十二五科技支撑计划-实现了耐高温PI纤维工程化制备 替代进口、治理雾霾，减少PM2.5排放的关键材料
耐高温聚酰亚胺纤维的应用领域
耐高温聚酰亚胺纤维
高温滤材
消防服
绝热纸
作战服
宇航服
二、高强型聚酰亚胺纤维研究进展
国外发达国家和大公司一直研究，但尚未成功 瓶颈：PI难溶难熔
预聚体（PAA）不稳定 没有成熟的纺丝技术及与之相配套的装备
重大突破
重大突破1：自主开发了一体化纺丝技术，通过工艺与装备配合， 可从预聚体（PAA）直接获得PI纤维。
开发了从预聚体合成、喷丝、凝固、干燥、环化和牵伸成套工艺参数 自主设计和建立了与工艺相配套的成套设备
优点：工序连续流畅、条件可控性强，环保，单体可选择性强 拥有国内外专利： 一种聚酰亚胺纤维的制备方法. 中国发明专利，专利号201110058299.2，已授权 Methods of continuously manufacturing polyimide fibers. US 13400017, 已授权
高性能聚酰亚胺纤维及 其它新型材料
单 位: 北 京 化 工 大 学 江苏先诺新材料科技有限公司
报 告 人:
聚酰亚胺是高分子中佼佼者
热环化或化学环化 均苯型聚酰亚胺
•高强高模 •耐高温 •耐低温 •尺寸稳定 •化学稳定 •耐辐照 •耐紫外 •低介电 •阻燃自熄 •生物相容性
S10-PI fiber
Kapton
PEI (Ultem)
聚酰亚胺研究方向概述
1
纤维
2
薄膜
3
模塑料
4
清漆
5
聚酰亚胺-表面金属化
湿度传感器
6
聚酰亚胺-无机纳米复合膜
7
湿敏聚酰亚胺
聚酰亚胺研究方向概述
研究方向
9 8
聚酰亚胺纳米纤维膜
聚酰亚胺基信息存储材料
聚酰亚胺纤维
目录
一、聚酰亚胺纤维 二、高性能聚酰亚胺纤维进展 三、 聚酰亚胺纤维性能评价 四、聚酰亚胺纤维的应用
断裂强度 (GPa)
0.7±0.1
2.5±0.1 3.0±0.1 3.0±0.1 3.5±0.1 3.5±0.1
初始模量 (GPa) 10±2
110±10 90±10 110±10 120±10 140±10
伸长率 (%)
15±3
2.8 3.5 3.0 3.0
2.5
玻璃化温度 (℃) 380
340 同上 同上 同上 同上
重大突破
重大突破2：通过分子设计和共缩聚，实现了高强高模化
高强高模：
O
O
NH
N
N
O
O
O
N
N
Om
O
O N O
n
重大突破3：突破了工程化技术，建成世界首条年产30吨规生产线， 实现性能稳定。
重大突破
重大突破4：通过分子设计和聚合及纺丝控制，实现产品系列化
长纤系列 产品型号
S10T
S25M S30 S30M S35 S35M
两步法
2010年
2015年
国外耐热型产品 P84
国内推出耐 耐热型产品
江苏先诺 推出高强型
产品
国外研发阶段
国内研发阶段
耐热型PI纤维： 强度0.5GPa，主要用于高温过滤和热防护
高强型PI纤维：指强度大于2.0GPa
耐高温聚酰亚胺纤维
国产耐热纤维主体结构
O
O
O
Baidu Nhomakorabea
C
CH3
C
C
N
N
HC2
C
C
O
O
0.8
0.2
聚酰亚胺纤维是有机纤维中的佼佼者
★ 是一种新型芳杂环高性能有机纤维 ★ 性能优异且可调控：
强度和模量高 耐高低温（-260℃～400℃） 阻燃（极限氧指数≥40） 耐紫外和辐照、耐辐照 耐酸低介电（3.5） ★ 能够弥补现有高性能纤维的不足，市场前景广阔
聚酰亚胺纤维国内外现状
始于：上世纪60年代 传统制备技术：一步法和两步法
2.90
0
拉伸载荷占 断裂载荷的
80%
G0/%
G/%
4.35
0
3.65
0
3.65
0
PI纤维具有优异的力学、抗蠕变性能、低吸水率
四种纤维热分解性能对比
质量保持率(%) tanδ
100
80
60 100
95
40
90
20 85
PI PPTA 芳纶Ⅲ
UHMWPE 80
460 480 500 520 540 560 580 600
一步法：从聚酰亚胺出发溶液纺丝 优点：容易实现高强高模 缺点：受单体来源和溶剂限制
两步法：从聚酰胺酸出发溶液纺丝 优点：单体和溶剂来源广、成本 容易控制、工业化前景好 缺点：不容易实现高强高模
热环化或化学环化
聚酰亚胺纤维国内外现状
聚酰亚胺纤维研究和产业发展历程
60年代
一步法
80年代
90年代
2000年
n
P84化学结构
NHCO
O N
O
HC2 n
Kermel
1.3江苏课先题诺耐任高务温完聚成酰情亚况胺纤概维述
自制PI纤维与P84性能对比
20 wt%浓度硫酸溶液
95℃、5 wt% HNO3溶液浸泡
5 wt% NaOH溶液中浸泡
DMAc中浸泡
性能
纤度/（dtex）
断裂强度/ （cN/dtex）
初始模量/ （cN/dtex）
0
0
200