高压静电纺丝制备聚酰亚胺无纺布膜的研究

论文摘要

无纺布因具有加工工艺流程短、生产速度快,产量高、成本低、用途广、原料来源多等特点,而在工业领域获得广泛的应用。聚酰亚胺作为一种高性能耐热聚合物,若加工成无纺布膜,则可用做高温过滤材料;由于具有较低的介电系数,聚酰亚胺无纺布膜还可用在电子封装领域。为满足社会发展对聚酰亚胺纤维和聚酰亚胺无纺布膜的需求,国内外有专家和学者将新兴的高压静电纺丝技术应用到聚酰亚胺加工领域,制备出性能优异的聚酰亚胺纤维无纺布膜。本文采用溶液缩聚的方法合成了聚酰胺酸溶液,之后利用高压静电纺丝技术制备了聚酰胺酸无纺布膜,然后热亚胺化得到聚酰亚胺无纺布膜。通过傅立叶变换红外光谱分析技术对无纺布膜的化学结构进行分析,证实无纺布膜中确实有酰亚胺结构存在,说明本文采用的工艺路线确实可行。用扫描电子显微镜对无纺布膜的表面形貌进行了分析,并通过X射线衍射仪分析了无纺布膜的结晶情况。分析结果表明,以DMAc为溶剂18wt%的纺丝液,18kV的纺丝电压、12cm的收集距离、12号纺丝针头,为最适合本体系实验室制备聚酰亚胺无纺布膜的工艺参数;制备得到的无纺布膜的纤维直径随着纺丝液浓度的提高而增大;纺丝电压的变化对无纺布膜中纤维的平均直径无明显影响;XRD分析结果表明无纺布膜纤维形态越好,聚酰亚胺的结晶状况越差,无纺布膜纤维形态的形成不利于聚酰亚胺的结晶。通过对聚酰亚胺无纺布膜的力学性能和耐热性能的分析,发现16wt%─20wt%无纺布膜的断裂能依次增加,无纺布膜的韧性也以次提高,随着纺丝液浓度的提高,无纺布膜的拉伸强度和断裂伸长率都随之提高;当纺丝液浓度从14wt%提高到18wt%时,无纺布膜的耐热性能逐渐提高。本文仅限于通过高压静电纺丝方法制备得到聚酰亚胺无纺布,而将其用做高温过滤材料和电子封装材料以及碳纤维先驱体方面的研究工作将逐渐展开。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚酰亚胺纤维概述
• 1.2 静电纺丝简介
• 1.3 高压静电纺丝的研究现状
• 1.4 主要研究内容及意义
• 第2章 实验理论
• 2.1 射流剖面
• 2.2 控制静电纺丝的基本参量
• 2.2.1 电场强度
• 2.2.2 喷丝头与收集板之间的距离
• 2.2.3 电纺液的流量
• 2.2.4 高分子溶液的浓度
• 2.3 本章小结
• 第3章 实验
• 3.1 实验原料
• 3.2 原料预处理
• 3.3 静电纺丝实验装置
• 3.4 PI 无纺布膜的制备
• 3.4.1 PAA 溶液的制备
• 3.4.2 PI 无纺布膜的制备
• 3.5 结构表征及性能测试
• 3.5.1 化学结构分析
• 3.5.2 微观形貌分析
• 3.5.3 显微结构分析
• 3.5.4 热性能分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 无纺布膜的结构分析
• 4.1 无纺布膜的理论结构式
• 4.2 无纺布膜的化学结构分析
• 4.3 聚酰亚胺无纺布膜的形貌分析
• 4.3.1 溶液浓度对无纺布膜形貌特征的影响
• 4.3.2 纺丝电压对无纺布膜形态的影响
• 4.3.3 纺丝距离对无纺布膜形态的影响
• 4.3.4 纺丝孔直径对无纺布膜形态的影响
• 4.3.5 溶剂对纺丝过程及无纺布膜形态的影响
• 4.3.6 亚胺化过程对无纺布膜结构的影响
• 4.4 静电纺丝工艺参数优化
• 4.5 无纺布膜结晶状态分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 无纺布膜的力学性能
• 5.1 无纺布膜的强度与韧性
• 5.2 无纺布膜的拉伸强度与断裂伸长率
• 5.3 本章小结
• 第6章 无纺布膜的热性能
• 6.1 无纺布膜的耐热性能
• 6.2 无纺布膜和铸膜的耐热性能比较
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢