聚酰亚胺(PI)作为一种性能优良的特种工程材料,因其优异的机械性能、高的热稳定性、良好的耐辐照性及耐化学腐蚀性等,已被广泛应用于航空航天、国防军事、生物医药以及微电子等领域。近年来,聚合物的分子主链中引入芳杂环结构已经越来越为人们所重视。这是因为芳香族杂环单元引入PI分子主链中不仅可以改善其电学性能、溶解性等特性,还可明显地提高其耐热性和力学性能。作为一种典型的刚性芳杂环,将苯并咪唑结构引入到PI分子链中可以很好地达到上述目的。本论文采用2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PBIDA)作为二胺单体,通过低温溶液聚合法制备了一系列含苯并咪唑基团的聚酰胺酸(PAA)溶液,采用静电纺丝技术成功制备了一系列含苯并咪唑结构的PAA纳米纤维,经热亚胺化转变成PI纳米纤维,通过扫描电子显微镜(SEM)、动态力学分析(DMA)、热失重分析仪(TGA)、拉伸仪等对其性能进行了表征;另外,将含苯并咪唑基团的PI纳米纤维制成短纤,应用于增强热塑性聚氨酯(PU)薄膜的性能,具体论文内容主要有以下三个部分:1、BPDA-PBIDA聚酰亚胺纳米纤维的制备及其性能表征:以联苯四羧酸二酐(BPDA)为二酐单体和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PBIDA)为二胺单体,通过低温溶液聚合法制备BPDA-PBIDA-PAA溶液,再经高压静电纺丝法和高温热亚胺化制备高度取向的PI纳米纤维膜。研究了不同亚胺化温度对PI性能的影响。机械性能测试表明,当亚胺化温度为370℃时,PI纤维膜的机械性能达最佳,拉伸强度和模量分别为620.97 MPa和4.78 GPa,断裂伸长率为22.57%。这主要是因为在该温度下,纳米纤维的分子取向和结晶度达最佳状态。动态力学分析表明,当热亚胺化温度在330-400℃之间时,玻璃化转变温度(Tg)均为390℃以上。热失重分析表明,经不同亚胺化温度热处理的PI纤维膜,在N2中,其5%热失重温度均为580℃左右,无太大变化,800℃时的碳残留率均在65%以上,具有较好的热稳定性。2、BPDA-PBIDA-BPA聚酰亚胺纳米纤维的制备及其性能表征:以2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(PBIDA)和联苯二胺(BPA)为二胺单体,与二酐单体联苯四羧酸二酐(BPDA)通过低温溶液聚合法制备一系列三元共聚PAA(Co-PAA)溶液,采用高压静电纺丝法制备高度取向的Co-PAA纳米纤维膜,经370℃热亚胺化,得到一系列Co-PI纳米纤维膜。测试结果表明,当PBIDA与BPA的摩尔质量比为4:6时,拉伸强度为871.35 MPa,该比例下,分子链间存在较强的氢键,各链段间的排列状态达最佳,故拉伸强度达最大,同时,模量为7.94 GPa,断裂伸长率为15.18%;此时,PI仍具有较好的耐热性,Tg为360.4℃,在N2中,5%热失重温度为585.1℃,800℃下的碳残留率为62%。3、BPDA-PBIDA PI纳米短纤增强热塑性聚氨酯(PU)的机械性能研究:利用机械粉碎,将BPDA-PBIDA-PAA纳米纤维膜制备成短纤,经过热亚胺化转变成BPDA-PBIDA-PI纳米短纤。将该短纤分散在溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,以不同的质量百分比加入到热塑性聚氨酯(PU)溶液中,通过流延涂膜法制备一系列含不同质量百分比短纤的PU薄膜。结果表明,当短纤含量为5%时,薄膜机械性能达最佳,拉伸强度为72.24 MPa,较纯PU增大了约75%;模量为0.02 GPa,较纯PU增大了一倍,同时断裂伸长率为526.67%,保持了较高的柔韧性。而随着短纤含量的继续增加,薄膜中的短纤开始团聚并在表面凸起,过量的短纤破坏了PU薄膜的界面稳定性,所以此时,薄膜的强度也开始下降。