聚酰亚胺纤维纸的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-14 08:07

  本文关键词：聚酰亚胺纤维纸的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚酰亚胺(Polyimide),简称PI,是一种新型的特种工程塑料,具有高强度,高模量,热稳定性好,耐辐射等优点,由其经过纺丝制成的聚酰亚胺纤维被广泛应用在航空航天,个人防护,高温除尘等领域。聚酰亚胺纤维在造纸领域的应用研究还处在起步阶段。聚酰亚胺短切纤维表面光滑,纤维间结合力很低,需要添加沉析纤维作为粘结材料来提高成纸的强度,本文首先使用槽式打浆机对聚酰亚胺短切纤维进行打浆处理,比较了不同打浆时间的短切纤维长度、卷曲等形态的变化。将经过打浆处理得到的三种长度的短纤与两种聚酰亚胺沉析纤维配抄,探讨了短纤长度、沉析纤维特性及浆料配比对聚酰亚胺纤维纸性能的影响。结果表明,即使经过长时间打浆处理处理,聚酰亚胺短纤也不能分丝帚化,短纤的长度和沉析纤维的形态及特性对聚酰亚胺纤维纸的性能影响很大,当使用长度为5.1mm的聚酰亚胺短纤与Ⅰ号沉析纤维以6:4的质量百分比配抄得到的聚酰亚胺纤维纸强度最高,击穿强度较佳。以聚酰亚胺短切纤维和聚酰亚胺沉析纤维为原料,实验室湿法抄造的聚酰亚胺纤维纸紧度一般为0.15-0.25g/cm3,纤维间的结合强度较弱,未经热压处理的纤维纸抗张指数和撕裂指数最高仅为8.6N·m/g和8.3mN·m2/g,为了提高聚酰亚胺纤维纸的强度,需要进行热压处理,本文通过使用等温升压,等压升温,等温等压变速热压工艺探讨了聚酰亚胺纤维纸性能随热压工艺的变化。实验结果表明,热压压力一定时,PI纤维纸的机械性能随热压温度的增加而增加;热压温度一定时,PI纤维纸的机械性能随热压压力的升高先增加后降低;一定热压温度和压力条件下,提高热压速度,PI纤维纸的机械性能迅速下降。当热压温度为210℃,热压压力为120N/m,热压速度为1m/min时,聚酰亚胺纤维纸的紧度达到0.70 g/cm3,抗张指数为20.7N·m/g,撕裂指数达到19.6 mN·m2/g,耐压强度为11.8kV/mm,聚酰亚胺纤维纸的性能达到最佳。纸张的强度是纤维自身的强度和纤维间结合强度的综合作用结果,本文对聚酰亚胺沉析纤维,芳纶1313沉析纤维,芳纶1414浆粕进行纤维分析,将三种沉析纤维浆粕与聚酰亚胺短切纤维进行配抄,发现沉析纤维的尺寸对最终纤维纸的成纸强度影响较大,对纤维纸的电气性能影响较小,三种沉析纤维配抄而成的纤维纸初始分解温度均高于400℃,具有良好的热稳定性。对比研究芳纶1313纤维纸和PI纤维纸的光热老化性能,结果表明,两种纤维纸随着热老化温度的升高,抗张指数明显增加,撕裂指数逐渐下降,聚酰亚胺纤维纸经过300℃的老化后几乎没有形变,而芳纶1313纤维纸经过300℃的老化后已尺寸收缩明显,烧蚀明显。热老化处理对聚酰亚胺纤维纸的电气性能影响不大,但会对芳纶1313纤维纸的电学性能产生很大影响。两种纤维的力学性能随着光老化强度和时间的增加而下降,聚酰亚胺纤维纸较芳纶1313纤维纸而言具有更好的抵抗光老化的性能。同时,光老化也使得两种纤维纸的电学性能下降。为了提高聚酰亚胺纤维纸的强度,使用水性环氧树脂对未热压和经过热压的聚酰亚胺纤维纸进行浸渍处理,研究了浸渍量对两种聚酰亚胺纤维纸力学性能和电气击穿强度的影响。实验结果表明当浸渍液固含量为15%时,经过热压的PI纤维纸基复合材料抗张指数达到46.5N·m/g,未经过热压的PI纤维纸基复合材料抗张指数达到57.8 N·m/g。两种PI纤维纸基复合材料的撕裂指数随着浸渍量的增大而出现明显下降,使用水性环氧树脂浸渍并不能大幅度提高纤维纸的击穿强度。
【关键词】：聚酰亚胺纤维纸 芳纶1313纤维纸 力学性能 电学性能 复合材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS761
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-28
• 1.1 聚酰亚胺材料15-21
• 1.1.1 聚酰亚胺材料简介15
• 1.1.2 聚酰亚胺材料的发展15-18
• 1.1.3 聚酰亚胺的合成18
• 1.1.4 聚酰亚胺的性能18-20
• 1.1.5 聚酰亚胺的应用20-21
• 1.2 聚酰亚胺纤维21-24
• 1.2.1 聚酰亚胺纤维的特点21-22
• 1.2.2 聚酰亚胺纤维的的制备技术22-23
• 1.2.3 聚酰亚胺纤维的发展23-24
• 1.3 聚酰亚胺纤维纸基材料国内外的研究进展24-26
• 1.3.1 聚酰亚胺纤维纸基材料国外研究进展24-25
• 1.3.2 聚酰亚胺纤维纸基材料国内研究进展25-26
• 1.4 本论文的研究目的、意义及主要内容26-28
• 1.4.1 研究目的和意义26
• 1.4.2 研究内容26-28
• 第二章 打浆与配抄工艺对聚酰亚胺纤维纸性能的影响28-38
• 2.1 实验28-30
• 2.1.1 实验原料28-29
• 2.1.2 实验仪器29
• 2.1.3 实验方法29-30
• 2.1.3.1 聚酰亚胺短切纤维的打浆工艺29
• 2.1.3.2 聚酰亚胺短切纤维的纤维分析29
• 2.1.3.3 聚酰亚胺沉析纤维的纤维分析29
• 2.1.3.4 聚酰亚胺沉析纤维比表面积测量29
• 2.1.3.5 聚酰亚胺纤维纸的抄造29-30
• 2.1.3.6 聚酰亚胺纤维纸耐压强度的测量30
• 2.2 结果与讨论30-37
• 2.2.1 打浆浓度的确定30
• 2.2.2 打浆对聚酰亚胺短切纤维的影响30-31
• 2.2.3 沉析纤维形态分析31-33
• 2.2.4 配抄对聚酰亚胺纤维原纸性能的影响33-37
• 2.2.4.1 配抄对聚酰亚胺纤维原纸抗张指数的影响33-34
• 2.2.4.2 配抄对聚酰亚胺纤维原纸撕裂指数的影响34-35
• 2.2.4.3 配抄对聚酰亚胺纤维原纸匀度指数的影响35-36
• 2.2.4.4 配抄比例对聚酰亚胺纤维原纸透气度的影响36
• 2.2.4.5 配抄比例对聚酰亚胺纤维原纸耐压强度的影响36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 热压工艺对聚酰亚胺纤维纸性能的影响38-47
• 3.1 实验38-40
• 3.1.1 实验原料38
• 3.1.2 实验仪器38
• 3.1.3 实验方法38-40
• 3.1.3.1 聚酰亚胺短切纤维的打浆处理38-39
• 3.1.3.2 聚酰亚胺纤维纸的抄造39
• 3.1.3.3 聚酰亚胺纤维纸的热压处理39
• 3.1.3.4 热压后聚酰亚胺纤维纸的性能检测39-40
• 3.2 结果与讨论40-46
• 3.2.1 热压温度对聚酰亚胺纤维纸机械性能的影响40-41
• 3.2.2 热压温度对聚酰亚胺纤维纸电学性能的影响41-42
• 3.2.3 热压压力对聚酰亚胺纤维纸机械性能的影响42-44
• 3.2.4 热压压力对聚酰亚胺纤维纸电学性能的影响44
• 3.2.5 热压速度对聚酰亚胺纤维纸机械性能的影响44-45
• 3.2.6 热压速度对聚酰亚胺纤维纸电学性能的影响45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 三种沉析纤维浆粕性能比较及其对聚酰亚胺纤维纸性能的影响47-59
• 4.1 实验47-49
• 4.1.1 实验原料47-48
• 4.1.2 实验仪器48
• 4.1.3 实验方法48-49
• 4.1.3.1 聚酰亚胺纤维纸的制备48
• 4.1.3.2 纯沉析浆粕纸的制备48
• 4.1.3.3 纤维形貌观察48
• 4.1.3.4 三种沉析纤维浆粕与PI短纤配抄成纸热压前后结晶度分析48-49
• 4.1.3.5 纤维与纸张热分析49
• 4.2 结果与讨论49-57
• 4.2.1 三种沉析浆粕纤维分析49-50
• 4.2.2 三种沉析纤维浆粕与PI短纤配抄成纸机械性能50-52
• 4.2.3 三种沉析纤维浆粕与PI短纤配抄成纸电气性能52-53
• 4.2.4 三种沉析纤维浆粕与PI短纤配抄成纸热压前后结晶度变化53-54
• 4.2.5 三种纯沉析纤维浆粕纸机械性能对比54
• 4.2.6 三种纯沉析纤维浆粕纸热压前后零距抗张强度对比54-55
• 4.2.7 三种纯沉析纤维浆粕纸热压前后电学性能对比55-57
• 4.2.8 三种沉析纤维浆粕及其与聚酰亚胺短切纤维配抄成纸热失重分析57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 聚酰亚胺纤维纸的光热老化性能研究59-73
• 5.1 实验59-61
• 5.1.1 实验原料59
• 5.1.2 实验仪器59-60
• 5.1.3 实验方法60-61
• 5.1.3.1 聚酰亚胺纤维的打浆处理60
• 5.1.3.2 芳纶1313短纤的打浆处理60
• 5.1.3.3 聚酰亚胺纤维纸的制备60
• 5.1.3.4 芳纶1313纤维纸的制备60
• 5.1.3.5 聚酰亚胺纤维纸与芳纶1313纤维纸的热压处理60
• 5.1.3.6 聚酰亚胺纤维纸与芳纶1313纤维纸的热老化处理60
• 5.1.3.7 聚酰亚胺纤维纸与芳纶1313纤维纸的光老化处理60-61
• 5.1.3.8 老化后纸张的检测61
• 5.2 结果与讨论61-72
• 5.2.1 热老化处理对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的机械性能的影响61-63
• 5.2.1.1 热老化处理对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸抗张指数的影响62
• 5.2.1.2 热老化处理对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸撕裂指数的影响62-63
• 5.2.2 热老化处理对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的电学性能的影响63-65
• 5.2.3 光老化对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的机械性能的影响65-67
• 5.2.3.1 光老化对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的抗张指数的影响65-66
• 5.2.3.2 光老化对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的撕裂指数的影响66-67
• 5.2.4 光老化对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸的电学性能的影响67-69
• 5.2.5 光热老化对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸表观形貌的影响69-71
• 5.2.6 热老化处理对聚酰亚胺纤维纸和芳纶1313纤维纸结晶度的影响71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 聚酰亚胺纤维纸/环氧树脂复合材料性能初步研究73-80
• 6.1 实验73-74
• 6.1.1 实验原料73-74
• 6.1.2 实验方法74
• 6.2 结果与讨论74-79
• 6.2.1 树脂浸渍液固含量对浸渍量及聚酰亚胺纸基复合材料厚度的影响74-76
• 6.2.2 树脂浸渍量对聚酰亚胺纸基复合材料机械性能的影响76-78
• 6.2.3 树脂浸渍量对聚酰亚胺纸基复合材料击穿强度的影响78-79
• 6.3 本章小结79-80
• 结论80-82
• 主要研究结论80-81
• 本论文的创新与特色81
• 本论文的不足及对下一步研究工作的建议81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果87-88
• 致谢88-89
• 附件89

【参考文献】

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本文编号：364612