聚酰亚胺和碳纳米管混合纤维的优化设计

为了扩展聚酰亚胺纤维的应用，需要进一步改善纤维的机械性能、热性能。通常有两种方法能够增强聚酰亚胺的机械性能：一是对聚酰亚胺分子链骨架进行结构设计，引入刚性的杂环单元，如引入刚性的芳香族二胺PRM ［3］、喹唑啉酮类单体［2-（4-氨基苯基）-6-氨基-4（3H）喹唑啉酮，AAQ］［4］等。这些刚性结构的引入都能够显著提高聚酰亚胺纤维的拉伸强度及模量，但是由于这些特殊结构的单体难以获得且价格过于昂贵，因此难以实现大规模生产；二是在聚合物材料中加入纳米填料对于提高材料性能及扩大应用领域是一种十分有前景的方法。碳纳米管（CNTs）因其具有出色的力学性能、热稳定性能以及优异的化学稳定性能，在纳米增强材料方面引起了研究者的浓厚兴趣。

碳纳米管（CNTs）是一种主要由碳六边形、弯曲处为碳五边形或碳七边形组成的单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构，相邻层间距与石墨的层间距相当，约为0.34 nm。碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级。根据构成管壁碳原子的层数不同，可将其分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管因其大的长径比和独特的结构，使得其具有优良的力学性能和电学性能，是复合材料增强体领域最有前景的材料之一。(www.xing528.com)

然而，在引入CNTs 对聚合物进行增强处理时往往无法得到理想的增强效果，甚至会造成复合材料机械强度下降的现象。这主要是因为CNTs 拥有巨大的表面自由能，极易发生团聚，难以在聚合物中均匀分散；其次，CNTs表面缺乏极性官能团，呈现惰性，在与基体聚合物复合过程中缺乏强有力的相互作用，导致填料与聚合物界面黏结较差。而通过对CNTs 进行功能化处理，改善CNTs 与基体之间的界面结合能够有效地发挥CNTs 在纤维基体中的增强作用。