由均苯四甲酸二酐（PMDA）和4，4-二氨基二苯醚（ODA）为单体制备的Kapton 聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺材料中最具代表性的产品，因其突出的综合性能也是目前应用最广泛的聚酰亚胺材料，引起了国内外大量研究者的关注并展开了大量深入的研究。东华大学和中科院长春应用化学研究所等相关机构对该结构聚酰亚胺纤维的结构与性能做了大量研究［13-14］，目前，东华大学与江苏奥神新材料股份有限公司合作，长春应化所和长春高琦聚酰亚胺材料有限公司合作，分别采用干法纺丝和湿法纺丝技术，实现了PMDA—ODA 结构聚酰亚胺纤维的产业化，注册商品名分别为甲纶Suplon®和轶纶®纤维，目前已在高温过滤、特种防护、尖端武器装备和航空航天等领域发挥重要作用。
聚酰亚胺的干法纺丝是制备聚酰亚胺纤维的有效途径，与湿法纺丝相比，更高效、更环保。与其他聚合物的干法纺丝相比，其不同之处在于，干法纺丝过程中纺丝浆液在纺丝甬道中会经历高温处理，因此，其在纺丝过程中就会发生环化反应，形成聚酰胺酸—聚酰亚胺的混合物。可以说是一种化学反应型纺丝手段，因此，在一定意义上，它能克服聚酰胺酸的不稳定性（如降解）等问题。通过不断的探索与尝试，已建成年产1000 t 高性能聚酰亚胺纤维生产线。利用X 射线测试详细研究了该结构聚酰亚胺纤维内部大分子的排列与堆积［15-16］，如图6-10（b）所示，子午线上可以看到清晰的层状结构的衍射斑点，表明分子链沿纤维轴向高度取向，而在赤道线方向在q = 10.1 nm-1 处出现了（101/103）晶面、（010）晶面和（110）晶面衍射峰，且衍射峰强度增强，表明纤维内部形成三维有序的结晶结构，晶区分子链Hermans′取向因子可达到0.93。
图6-10 干法纺丝PMDA—ODA 结构甲纶Suplon®聚酰亚胺纤维及其WAXD 衍射图
聚酰亚胺纤维成为高性能纤维的重要原因就是其具有良好的热稳定性，优于聚酰胺纤维如Kevlar，这是由其本身的化学结构决定的。图6-11 是PMDA—ODA 结构聚酰亚胺纤维在5℃/min 的升温速率下，分别在空气和氮气氛围下的热失重情况。在氮气氛围中，聚酰亚胺纤维的失重5%和10%温度分别在565℃和574℃，在830℃时的残留率为43%；在空气氛围中，失重5%和10%温度分别在560℃和570℃。可见，聚酰亚胺纤维具有优异的热稳定性，可满足材料在高温作业环境的要求。
图6-11 聚酰亚胺纤维在N2 及空气氛围中TGA 和DTG曲线
图6-12 对比了几种耐热型聚合物纤维的热力学性能，从图中可以看出，虽然P84 纤维和间位芳纶在260℃之前的力学损耗都很低，但在高于300℃的环境中，这两种纤维的力学损耗开始迅速上升，在温度达到400℃之后动态力学测试（DMA）都因为纤维断裂而导致实验终止。而对于PMDA—ODA型的聚酰亚胺纤维来说，在温度小于300℃时，力学损耗很小，高于300℃之后力学损耗才开始增加，并在390℃达到力学损耗的峰值，温度再增加时力学损耗则开始下降，说明PMDA—ODA 聚酰亚胺纤维的热力学性能要优于P84 和芳纶1313 纤维。(www.xing528.com)
聚酰亚胺纤维在不同测试频率下的DMA 曲线如图6-13（a）所示，随着测试频率的增加，纤维的玻璃化转变温度和次级转变温度均向高温方向移动。利用Arrhenius 方程对数据拟合处理，可获得玻璃化转变和次级转变的活化能［图6-13（b）］分别为981 kJ/mol 和346 kJ/mol。其中PMDA—ODA 聚酰亚胺纤维的玻璃化转变活化能明显高于BPDA—PFMB 体系（800 kJ/mol）， 主要得益于PMDA—ODA 大分子链更容易形成紧密有序的堆积，形成三维有序的结晶结构。
图6-12 PMDA—ODA 聚酰亚胺纤维、芳纶1313 和P84 纤维的DMA曲线
图6-13 PMDA—ODA 结构聚酰亚胺纤维在不同测试频率下的DMA 曲线以及玻璃化转变和次级转变lnf 与1000/T 的线性拟合
目前，虽然PMDA—ODA 结构的聚酰亚胺纤维已实现产业化生产，但是纤维材料的应用多数局限在高温防护和高温过滤等领域，这主要是由于纤维的力学性能不佳造成的。近年来，通过改性措施，大量研究着力于提升纤维的力学性能。例如，四川大学顾宜教授课题组通过共聚方法将含苯并咪唑杂环结构的BIA 引入聚合物主链中，纤维的力学性能和耐热性能得到大幅度提高，见表6-3［17］。
表6-3 不同BIA/ODA 摩尔比PMDA—BIA/ODA 聚酰亚胺纤维的力学性能
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