干法离心纺可控制备聚酰亚胺纤维及其性能研究
聚酰亚胺（PI）纤维是21世纪最具发展潜力的高性能纤维之一，因其分子主链中含有刚性的芳香杂环结构，表现出突出的热学、力学、介电等性能，在航空航天、电子封装、建筑防护等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着合成单体、加工方式及改性方法的不断发展，PI纤维的研究取得了极大的进步，同时也促进了其规模化生产的突破和应用开发的创新。 本文提出了使用平面收集式离心纺丝二步法制备PI纤维，以聚酰胺酸（PAA）溶液为纺丝原液，纺制PAA纤维，再经热酰亚胺化得到PI纤维，并探究了不同工艺参数对纤维微观形貌与结构的影响。基于PI纤维优异的介电性和耐温性，结合离心纺丝得到的致密三维网络结构，进一步研究了PI纤维纸的绝缘性能，以及离子交换自金属化法得到的聚酰亚胺/银（PI/Ag）纤维膜的抗菌过滤性能。全文的主要内容如下: （1）通过平面收集式离心纺丝法制备PAA纤维，再经过热酰亚胺化制备PI纤维。探究了纺丝转速、喷丝孔径和收集高度对PAA纤维微观形貌的影响。结果表明，在研究范围内，转速越大，纤维直径越小，复丝减少;喷丝孔径越小，纤维直径越小，复丝增多;收集高度越高，纤维直径越小，复丝减少。通过构建离心纺丝运动模型，研究了纺丝过程中的射流的运动速度与运动时间。另外，通过调整酰亚胺化温度，探究了不同酰亚胺化温度对纤维结构的影响，结果表明在320℃下热处理能获得最高的酰亚胺化程度。 （2）采用平面收集式离心纺丝法，通过调整纺丝工艺参数，再经过热压、热酰亚胺化制备不同的PI纤维纸，并通过将PAA纤维毡与两层PAA膜热压，制备“三明治”结构的PI复合纸。结果表明，PI纤维纸具有较高的热稳定性和机械性能。在102～106Hz的频率范围内，PI纤维纸的介电常数在0.78～0.95之间，且受其表面静电压影响较大。此外，PI-FP-4的击穿强度最高，达到了8.22kV/mm,PI-CP-4的击穿强度比PI-FP-4提高了145.66％,达到了20.18kV/mm,是PI-Film的41.04％。 （3）采用平面收集式离心纺丝法，经过热压、银离子交换、热酰亚胺化制备不同厚度的PI/Ag纤维膜。结果表明，PI/Ag纤维膜具有优异的热稳定性，且PI/Ag-180的拉伸强度和杨氏模量分别达到了1.76MPa和20.03MPa。由于多孔网络结构和超强表面静电压，PI/Ag纤维膜实现了机械过滤与静电吸附两种捕获机制同时工作，其中，PI/Ag-260对PM0.3的过滤效率为99.09％,空气阻力为103.67Pa。另外，采用琼脂平皿扩散法，观察到PI/Ag纤维膜对E.coil和S.aureus的抑菌圈直径分别约为12mm和13mm,表现出抗菌性能。
聚酰亚胺纤维;干法离心纺;抗菌性能;热稳定性;机械性能
武汉纺织大学
硕士
材料科学与工程
刘欣
2023
中文
TQ342.731;TQ340.644
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）