【摘要】 本文介绍了具有高极限氧指数的聚双苯并咪唑亚胺纤维的制备方法、FTIR和NMR表征结果，以及其力学性能和阻燃性分析。同时提及科学指南针提供专业极限氧指数测试，支持材料研发。

芳香族聚酰亚胺（PI）纤维因其出色的热稳定性、机械性能和耐化学性，在航空航天、消防安全等领域备受关注。然而，传统PI纤维在力学强度和阻燃性方面仍有提升空间。本研究通过引入双苯并咪唑单元，开发出一种新型聚双苯并咪唑亚胺（PBIPI）纤维，旨在同时优化其力学性能和极限氧指数（LOI），以拓展应用潜力。

 

制备方法

PBIPI纤维的制备采用典型的两步湿纺丝法。首先，以2,2'-对苯双(5氨基苯并咪唑)（PBABI）为二胺单体，与刚性棒二酐BPDA共聚，在1,3-二甲基-2-咪唑烷酮（DMI）溶剂中合成共聚酰胺酸（PAA）前驱体纤维。随后，通过不同温度退火处理获得PI纤维，并利用热拉伸工艺提升结晶度和取向度。

 

结构表征与结果

为验证单体结构，进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析。PBNBI和PBABI的FTIR光谱显示，1620 cm⁻¹处的C=N吸收带和3349 cm⁻¹处的N-H信号证实了苯并咪唑单元的存在。PBABI中硝基带的消失及氨基信号的出现，表明还原反应完全。

图1 （A）合成的PBNBI和PBABI的FTIR光谱，（B）在Material Studio 7.0中使用Forcite计算模式进行几何优化得到的PBABI三维模拟图。

核磁共振（NMR）和高效液相色谱（HPLC）进一步确认了单体纯度。PBABI的¹H NMR谱中，咪唑质子信号位移至12.40 ppm，苯环质子出现在6.55-8.17 ppm范围，氨基质子信号于5.03 ppm处出现，证实结构正确。¹³C NMR显示8种化学位移，与预期一致。HPLC分析表明PBABI纯度达98.5%，满足聚合要求。

图2 （A） 1 H PBNBI的NMR， （B） 1 H PBABI的NMR， （C） 13C PBABI的NMR， （C） HPLC spectra统一接触biszimidazole PBABI保密。

 

性能分析

热拉伸和氢键协同作用显著提升了PBIPI纤维的力学性能，PI-2-420℃纤维的抗拉强度达1.97 GPa，初始模量为59.5 GPa。热稳定性方面，玻璃化转变温度（Tg）为440℃，最大分解温度（Td-max）达597℃。极限氧指数（LOI）值为54%，远高于常见阻燃标准（LOI>22%即为难燃材料），显示其卓越阻燃性。极限氧指数测试是评估材料燃烧行为的关键指标，科学指南针平台提供专业LOI测试服务，支持材料研发与质量控制，详情可参考其官网或拨打400-831-0631咨询。

 

结论

本研究成功制备出高性能PBIPI纤维，其高LOI值和优异力学性能为消防安全材料提供了新思路。对于类似材料的测试与验证，科学指南针提供全面的极限氧指数检测方案，涵盖样品准备、数据分析和报告出具，助力科研与产业化应用。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务2500+个高校、科研院所及8000+家企业，获得了100万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。