溶致液晶型聚酰亚胺的合成及其高性能纤维的制备

聚酰亚胺纤维作为高技术纤维的一个品种，具有高强高模、耐高温、耐辐射等优良的性能。但目前真正意义的高性能聚酰亚胺纤维尚未产业化，主要原因是聚酰胺酸前驱体纤维的稳定性及其环化过程对纤维的聚集态结构产生不利的影响等问题尚未解决。为提高纤维的力学性能，采用溶致液晶聚酰亚胺纺丝有望解决这些问题。为此，本课题从分子设计入手，合成能够形成溶致型液晶的聚酰亚胺，揭示液晶的形成机制和规律；通过液晶纺丝方法，实现大分子沿纤维轴方向高度有序，探讨外场作用与液晶单元和大分子有序的关系；掌握液晶纺丝成形过程中的相转变、聚集态结构的转变等关键问题，为制备聚酰亚胺高性能纤维提供理论依据和技术支撑。可纺性的聚酰亚胺液晶现象尚未见报导，通过液晶纺丝，可提高聚合物溶液的浓度，降低溶液粘度，改善高分子量浓溶液的可纺性，使大分子高度有序，为制备高强高模型聚酰亚胺提供了一条重要途径。

结合高分子液晶的分子结构特征，通过分子设计原理合成了几种含杂原子的二胺单体，并采用共聚合等方式调节聚酰亚胺的化学结构和序列结构，在高沸点有机溶剂中合成出一系列高分子量、可溶可纺性的液晶相聚酰亚胺溶液。对该溶致液晶型聚酰亚胺溶液的相转变规律和高分子链取向排列机制等问题进行了详细的研究，确定了临界相转变浓度(c*)和相转变温度(T*)等关键参数，为后续的材料加工奠定基础；借助液晶纺丝工艺，制备出了分子链高度取向、综合性能优异的聚酰亚胺纤维材料，并探讨了纺丝过程中的聚酰亚胺溶液的相分离及外场作用下纤维材料的凝聚态结构和微缺陷的演变规律，建立了液晶纺丝法制备聚酰亚胺纤维工艺-结构-性能三者间的相互关系。结果表明，利用液晶纺丝法制备的纤维材料具有更加优异的力学性能、耐热稳定性和高温条件下的尺寸稳定性等，为制备高性能聚酰亚胺材料开辟了新的有效途径。本项目相关研究结果已经申请国家发明专利10项，其中授权专利6项；发表论文22篇，其中SCI论文17篇。培养博士研究生9名，硕士研究生11名，已毕业研究生8名。