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聚酰亚胺纤维作为高技术纤维的一个品种,不仅具有较高的强度和模量,而且耐化学腐蚀性、热氧化稳定性和耐辐射性能非常好。其中,短纤由于其特殊的形态,比表面积较大,在绝缘纸、高性能印刷线路板、无石棉摩擦材料、增强材料方面具有广阔的应用前景。由于聚酰亚胺纤维纺丝成形及环化等工艺的特殊性,短纤的制备较为困难,使该纤维的研究及应用相对缓慢。本文采用了一种溶液沉析的方法制备部分环化的聚酰亚胺(PAA-PI)(也称部分环化的聚酰胺酸)短纤,该方法制备的短纤称为沉析纤维,即将PAA-PI浆液注入高速剪切流动的凝固浴中,液滴在凝固浴受到剪切力而被拉长,发生变形、凝固、原纤化得到部分环化的PAA-PI沉析纤维。该方法省去了复杂的纺丝成形工艺,有利于规模化制备聚酰亚胺短纤维。在低温下将4,4’-二胺基二苯醚(ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)在溶剂N,N’-二甲基乙酰胺(DMAc)中聚合得聚酰胺酸(PAA)浆液,稀释制备固含量为5%的PAA溶液,通过加入三乙胺和乙酸酐等化学环化剂使PAA大分子链发生化学反应,得到了不同环化程度的聚酰亚胺(PAA-PI)(也称部分环化的聚酰胺酸)。采用乌氏粘度计测试了环化程度对聚合物特性粘度的影响,发现随着环化程度的提高,聚合物的特性粘度增大。通过红外光谱、热失重对其结构和性能进行了表征。热稳定性研究表明,相对于纯PAA,通过部分成环制备的PAA-PI起始分解温度有所降低,这是由于聚合物中少量残存的小分子环化剂的缘故。采用微控电子万能试验机对部分环化的聚酰胺酸薄膜进行力学性能的测试,发现随着环化程度的提高,聚合物分子链中酰亚胺环增多,力学性能增强。采用溶液沉析法制备部分环化的PAA-PI短纤,是将不同环化程度的PAA-PI浆液注入高速剪切流动的凝固浴中,凝固浴由水和DMAc组成,PAA-PI液滴在凝固浴中受到剪切力而被拉长发生变形、凝固、原纤化得到部分环化PAA-PI沉析纤维。采用正交实验的方法,通过测试沉析纤维的平均长度、平均直径以及计算沉析纤维的长径比讨论了剪切速率、浆液浓度及凝固浴浓度三个参数对溶液沉析法制备工艺中短纤成形的影响。研究发现,剪切速率600r/m,浆液浓度3%左右,凝固浴浓度为20%-30%之间时,制备的PAA-PI沉析纤维长径比最大,成形性最好。在该最佳制备工艺参数下,通过电镜测试和分析不同环化程度的沉析纤维的形貌。研究发现,随着环化程度的提高,PAA-PI沉析纤维成纤性变好。鉴于环化程度的提高有利于沉析纤维成形的发现,通过浊点滴定法和凝固动力学实验对溶液沉析法制备短纤的成形机理进行了初步研究。浊点滴定研究了(PAA-PI)-DMAc-H20三元体系相分离过程中各组分的变化,得到了体系的LCP浊点曲线和三元相图,讨论了环化程度对滴定剂(DMAc和H2O的混合溶液)凝固值、体系浊点组成和三元相图的影响。研究发现,随着环化程度的提高,双节线远离PAA-PI轴,均相区减小,(PAA-PI)-DMAc-H20的相容性减弱。表明,PAA部分环化变成PAA-PI后,与DMAc的相容性减弱,促进凝固过程中聚合物溶液中DMAc向凝固浴的扩散,有利于沉析纤维的成形。通过凝固动力学实验观察和测试了聚合物凝固过程和固化速率,发现PAA-PI固化过程及速率与凝固动力学中纤维固化理论一致,即凝固边界层位移的平方与扩散时间成正比。