Effect of Copolymerization Structure and Molecular Weight on Melt Fluidity and Thermal Properties of Thermoplastic Polyimide Resins

doi:10.7503/cjcu20200482

Abstract

Abstract:

A series of molecular-weight controlled thermoplastic polyimide（TPI） resins was synthesized based on 4，4'-（hexafluoroisopropylidene）diphthalic anhydride/p-phenylenediamine（6FDA/p-PDA） endcapped with phthalic anhydride（PA）， in which the aromatic diamides with rigid backbone and large free volume， i.e.，m-phenylenediamine（m-PDA）， 2，2'-bis（trifluoromethyl） benzidine（TFDB） and 9，9-bis（4-aminophenyl） fluorene（BAFL）， were incorporated respectively. The effects of copolymerization structure and molecular weight on the melt fluidity and thermal properties of TPI resins were investigated. The correlation between the aggregation structures of TPI resins and their melting performance was constructed. The mechanical properties of TPI resins were evaluated at ambient and elevated temperatures. The results indicated that incorporation of aromatic diamines with large free volume as copolymerization structure can effectively reduce the molecular chain stacking density and increase the free volume of polymer， as a result， providing the resin good melting performance. The melt processability of resins can be further improved by reducing their designed molecular weight. These TPI resins with rigid backbone have excellent thermal stability and mechanical properties. The glass transition temperatures of these resins were in the range of 308—338 ^oC. TPI-C-25k and TPI-D-25k resins with the copolymerization structure of TFDB and BAFL， respectively， revealed high strength and toughness. They gave the tensile strength and flexural strength exceeding 120 MPa and 190 MPa， respectively， and showed the elongation at break over 8.2%. These TPI resins also exhibited good thermal stability at 250^℃.

Key words: Thermoplastic polyimide, Copolymerization structure, Molecular weight, Melt fluidity, Thermal property

CLC Number:

O631

TrendMD:

XU Xiaozhou, LIU Yi, HE Minhui, MO Song, LAN Bangwei, ZHAI Lei, FAN Lin. Effect of Copolymerization Structure and Molecular Weight on Melt Fluidity and Thermal Properties of Thermoplastic Polyimide Resins[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 919.

Figures/Tables 17

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TPIs	Diamine composition	Theoretical data		GPC data
TPIs	Diamine composition	M_n	n	M_n	M_w	M_w/M_n
TPI?A?25k	p?PDA	25800	49	26000	59000	2.21
TPI?B?25k	p?PDA/m?PDA	25800	49	26400	69700	2.64
TPI?C?15k	p?PDA/TFDB	15200	26	16500	48700	2.95
TPI?C?20k	p?PDA/TFDB	19900	37	21300	55400	2.60
TPI?C?25k	p?PDA/TFDB	25400	49	28600	79200	2.77
TPI?D?25k	p?PDA/BAFL	24600	43	23000	53400	2.32

TPIs	Diamine composition	Theoretical data		GPC data
TPIs	Diamine composition	M_n	n	M_n	M_w	M_w/M_n
TPI?A?25k	p?PDA	25800	49	26000	59000	2.21
TPI?B?25k	p?PDA/m?PDA	25800	49	26400	69700	2.64
TPI?C?15k	p?PDA/TFDB	15200	26	16500	48700	2.95
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TPI?C?25k	p?PDA/TFDB	25400	49	28600	79200	2.77
TPI?D?25k	p?PDA/BAFL	24600	43	23000	53400	2.32

TPI	Minimum melt viscosity/(Pa^.s@℃)	Complex viscosity/(Pa·s)
TPI	Minimum melt viscosity/(Pa^.s@℃)	360 ℃	380 ℃	400 ℃
TPI?A?25k	33400@430	97954	65022	40861
TPI?B?25k	28340@430	55631	31093	33213
TPI?C?15k	18405@417	82971	24819	23393
TPI?C?20k	23072@419	183570	28055	18962
TPI?C?25k	31450@430	379700	65000	40860
TPI?D?25k	26580@413	532011	109102	26867

TPI	Minimum melt viscosity/(Pa^.s@℃)	Complex viscosity/(Pa·s)
TPI	Minimum melt viscosity/(Pa^.s@℃)	360 ℃	380 ℃	400 ℃
TPI?A?25k	33400@430	97954	65022	40861
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TPI?C?20k	23072@419	183570	28055	18962
TPI?C?25k	31450@430	379700	65000	40860
TPI?D?25k	26580@413	532011	109102	26867

TPI	V_o/nm³	V_f/nm³	FFV(%)
TPI?A?25k	27.9284	9.1585	24.7
TPI?B?25k	27.7029	9.9835	26.5
TPI?C?25k	29.7515	10.6268	26.3
TPI?D?25k	30.9471	13.0343	29.6