《多層次相互作用與聚醯亞胺纖維力學性能相關性研究》是依託四川大學，由劉向陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多層次相互作用與聚醯亞胺纖維力學性能相關性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉向陽
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚醯亞胺纖維(PI)以其優良的耐輻射耐熱等性能，成為高強高模有機纖維潛力品種。在兩步法製備PI纖維過程中，提高大分子鏈取向度受到限制，因此通過增強分子間作用力的方式是進一步提高其力學性能的重要途徑。本項目從分子結構設計的角度出發，重點研究不同層次相互作用（主鏈間、主鏈與齊聚物分子間、主鏈與碳納米管表面）對PI纖維力學性能貢獻。具體通過合成含咪唑結構或羥基的二胺單體，採用共聚方式在大分子鏈間形成氫鍵作用；其次合成適宜的低分子齊聚物，通過其填充鏈間自由體積和相互作用空白點，並與不同大分子鏈形成氫鍵相互作用；另外採用直接氟化表面改性碳納米管技術，利用表面功能化基團C-F具有更高的耐溫性能和少量可裂分形成自由基的特點，實現碳納米管與基體大分子間有效的物理和共價鍵相互作用。通過上述相互作用與性能的相關性研究，對建立PI纖維鏈間作用力與力學性能間的關係、豐富分子間作用力對材料性能的影響具有重要意義。
結題摘要
本項目以不同層次相互作用與聚醯亞胺(PI)力學性能的相關性研究為中心，全面地完成了計畫任務書中相關研究工作，並取得了較好的研究成果。從分子結構設計的角度出發，重點研究主鏈間、主鏈與齊聚物分子間、主鏈與氟化碳納米管/原位納米二氧化矽間相互作用對PI力學性能貢獻及其相關性。（1）設計和合成了含咪唑結構、羥基和含醯胺鍵結構三種二胺單體：2－（4－胺基苯基）－5－胺基苯並咪唑（PABZ）、3,3’-二羥基-4,4’-聯苯二胺(DHB)和4,4’-二氨基苯醯替苯胺（DABA），製備了相應不同化學結構的聚醯亞胺薄膜或纖維，其拉伸強度和初始模量均大幅度提高。（2）設計和合成了四種可與主鏈形成相互作用的不同化學結構的齊聚物，研究了齊聚物/聚醯亞胺共混物結構與性能。隨著齊聚物含量的增加，其薄膜的力學強度和模量會有不同程度的提高；當齊聚物的添加量高達20％的情況下，共混薄膜的力學性能仍好於未添加齊聚物的薄膜力學性能，且未發現齊聚物有明顯的相分離行為。（3）研究了直接氟化表面功能化的氟化碳納米管和原位納米二氧化矽與聚醯亞胺的相互作用及其對力學性能的影響。利用碳納米管表面羧基、羥基等含氧官能團較低溫度下的熱分解，為氟氣提供反應的進攻點，從而在碳納米管表面形成高氟含量/高熱穩定性的碳氟共價鍵結構，從而開闢了低溫高效製備氟化碳納米管新方法。研製的F-MWNTs/PI複合纖維的力學性能得到了顯著提升。在原位納米二氧化矽與聚醯亞胺複合薄膜研究方面，通過氫鍵的相互作用，系統性研究了相互作用大小對聚醯亞胺-二氧化矽薄膜中二氧化矽形態結構和薄膜性能的影響。並且通過改變雜化體系中相互作用的強弱和消失速率，發現了強的相互作用及其慢的消失速率可以製備高度結晶的二氧化矽。即發現了相互作用可調控材料結晶行為的新現象。本項目目前已正式發表SCI收錄論文篇13篇（已標註），會議論文8篇，在投稿論文4篇；已獲授權的國家發明專利3項，在申請中的國家發明專利4項。並基於本項目的相關研究成果，四川大學與深圳科聚新材料有限公司聯合申報廣東省產學研重點項目一項，並獲得立項（項目編號：2011A090200014），獲批經費100萬元。同時，本項目有關成果還與企業簽訂了橫向委託開發聚醯亞胺纖維產業化技術轉化契約，契約總經費530萬元，並建立了PI纖維示範生產線1條，目前已順利生產出高性能PI纖維。取得了較好的經濟效益和社會效益。
