DE112010005915B4 - Nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser und dazugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

Nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser und dazugehöriges Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nichtgewebte Tuch durch Copolymerisation der folgenden vier Monomere (I), (II), (III), (IV) zum Bilden einer Copolyamidsäure, elektrostatisches Spinnen und Imidisierung erhalten ist:wobei die Copolyimid-Nanofaser durch Copolymerisation der oben genannten vier Monomere erhalten ist und das molare Verhältnis der vier Monomere [(I) + (II)]:[(III) + (IV)] = 1:1 ist; wobei das Copolyimid die folgende chemische Struktur aufweist:wobei n für eine natürliche Zahl zwischen 50–300 steht; m für eine natürliche Zahl zwischen 50–300 steht, R1 und R3 Reststrukturen von C4-C30 Tetrasäure-Dianhydrid-Monomere sind, R2, R4 Reststrukturen von C6-C30 Diamin-Monomere sind, wobei das Verhältnis der gesamten molaren Menge von Tetrasäure-Dianhydrid-Monomer zu der gesamten molaren Menge von Diamin-Monomer 1:1 ist, wobei das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser die folgenden Merkmale aufweist: eine Bruchdehnung von 20–30%, eine Porosität von 80–86%, eine Zugfestigkeit von 20–25 MPa, eine elektrische Durchschlagfestigkeit von 1 × 107–1,5 × 107 V/m, eine thermische Zersetzungstemperatur von 510–560°C.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Copolyimid und das dazugehörige Herstellungsverfahren, insbesondere ein nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser und das dazugehörige Herstellungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Die chemische Stromquelle ist ein sehr wichtiger Bestandteil für ein modernes Leben. Zum Beispiel Handy-Akkus oder die sich noch in Entwicklung befindenden Batterien für den Automobilsektor als Antriebskraft für Motoren usw. sind unerlässliche Produkte für das Streben der Menschen nach einer hohen Lebensqualität. Die Betriebssicherheit der Batterien wird als bedeutendes Problem der Technologie und sozialer Verantwortung betrachtet. Die Entwicklung sicherer Batterieseparatoren ist ein technischer Schlüssel zur Lösung der Sicherheitsprobleme von Batterien. Für die derzeitig verfügbaren Batterieseparatoren, wie z. B. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) usw., ist es wegen niedriger Schmelztemperatur und sehr hoher Warmschrumpfrate schwierig, bei hohen Temperaturen die Integrität der Akkus zu gewährleisten. Bei Überhitzung, Überladung usw. treten oft verheerende Unfälle wie thermisches Durchgehen und Explosion auf, weil Kurzschluss in der Batterie aufgrund des Bruchs der Batterieseparatoren durch Schrumpfen oder gar durch Schmelze verursacht wird. Aus diesem Grund ist die Entwicklung eines Stoffes, der gegenüber hohen Temperaturen und thermischer Schrumpfung beständig bleibt, sowie dessen Anwendung an Batterieseparatoren ein Schlüssel zur Lösung der Sicherheitsprobleme von chemischen Stromquellen.
  • Aus der JP H02-274730 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Copolyamidsäure und Copolyimidfasern bekannt.
  • Die JP 2004-308031 A offenbart ein Vlies aus Polyamidsäure-Fasern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Vlieses aus Polyimid.
  • Die US 2004/0166311 A1 offenbart ein Verfahren zum elektrostatischen Spinnen von Fasern aus Polyamidsäure, die Fasern die gemäß dem Verfahren erhalten werden sowie ein Vlies aus diesen Fasern. Ferner wird offenbart, dass die Polyamidsäure in Polyimid überführt werden kann, um ein Vlies aus Polyimid zu erhalten.
  • Inhalt der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser, die viele Merkmale, wie z. B. hohe Beständigkeit gegenüber Zerreißen sowie hohen oder niedrigen Temperaturen, hohe Porosität und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften usw. aufweist, bereitzustellen.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung:
    Ein nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung, das gebildet ist durch Copolymerisierung der folgenden vier Monomeren (I), (II), (III), (IV) zum Erhalten einer Copolyamidsäure, dann durch elektrostatisches Spinnen und Imidisierung:
    Figure DE112010005915B4_0003
    wobei die Copolyimid-Nanofaser durch Copolymerisation der vier genannten Monomere erhalten wird und das molare Verhältnis der vier Monomere [(I) + (II)]:[(III) + (IV)] = 1:1 ist, wobei das Copolyimid die folgende chemische Struktur aufweist:
    Figure DE112010005915B4_0004
    n steht für eine natürliche Zahl zwischen 50–300; m steht für eine natürliche Zahl zwischen 50–300; R1, R3 sind Reststrukturen von C4-C30 Tetrasäure-Dianhydrid-Monomeren, R2, R4 sind Reststrukturen von C6-C30 Diamin-Monomeren, wobei das Verhältnis der gesamten molaren Menge von Tetrasäure-Dianhydrid-Monomer zu der gesamten molaren Menge von Diamin-Monomer 1:1 ist, wobei das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser die folgenden Merkmale aufweist:
    eine Bruchdehnung von 20–30%, eine Porosität von 80–86%, eine Zugfestigkeit von 20–25 MPa, eine elektrische Durchschlagfestigkeit von 1 × 107–1,5 × 107 V/m, eine thermische Zersetzungstemperatur von 510–560°C.
  • R1, R3 wird vorzugsweise jeweils aus einer der folgenden Tetrasäure-Dianhydrid-Reststrukturen von ausgewählt:
    Figure DE112010005915B4_0005
    Diphenylketondianhydrid-Restgruppe
    Pyromellitsäuredianhydrid-Restgruppe
    Biphenyldianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0006
    Diphenylsulfondianhydrid-Restgruppe
    Diphenyletherdianhydrid-Restgruppe
    Naphthalintetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0007
    Cyclobutandianhydrid-Restgruppe
    Triphenyldietherdianhydrid-Restgruppe
    3,6-überbrückte Alkencyclohexantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0008
    Dimethyldiphenylsilantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Bistrifluormethyldiphenylmethantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Difluorpyromellitsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0009
    Terphenyltetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Cyclohexantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Thioethertetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe.
  • R2, R4 wird vorzugsweise jeweils aus einer der folgenden Diamin-Reststrukturen ausgewählt:
    Figure DE112010005915B4_0010
    Diphenyletherdiamin-Restgruppe
    p-Phenylendiamin-Restgruppe
    3,3'-Dimethoxybiphenyldiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0011
    Diphenylmethandiamin-Restgruppe
    m-Phenylendiamin-Restgruppe
    Biphenyldiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0012
    Diphenoxydiphenylsulfondiamin-Restgruppe
    2-Methyletherdiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0013
    Diphenoxytriphenylphosphinoxiddiamin-Restgruppe
    Triphenyldietherdiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0014
    Diphenoxybisphenol-A-diamin-Restgruppe
    2,6-Pyridindiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0015
    2,6-Pyridinbiphenyldiamin-Restgruppe
    3,3'-Dimethyldiphenylmethandiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0016
    Diphenoxydiphenylketondiamin-Restgruppe
    5-Methyl-m-phenylendiamin-Restgruppe.
  • Der chemische Bestandteil der Copolyimid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung kann das Copolymerisierungsprodukt von zwei Dianhydrid-Monomeren und zwei Diamin-Monomeren sein. Konkret gesagt, R1 und R3 darin können identische oder verschiedene Reststrukturen sein; R2 und R4 können identische oder verschiedene Reststrukturen sein. Wenn R1 und R3 identisch sind, sind R2 und R4 verschieden. In gleicher Weise gilt: wenn R2 und R4 identisch sind, dann sind R1 und R3 definitiv verschieden. Dadurch wird es garantiert, dass die chemischen Komponenten der Copolyimid-Nanofaser durch die Copolymerisierung von mindestens drei Monomeren erhalten sind.
  • Das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Merkmale auf: eine Dicke von 10–60 μm, eine Bruchdehnung von über 20%, eine Glasübergangstemperatur von über 210°C, eine thermische Zersetzungstemperatur von über 510°C, eine Schmelztemperatur von über 350°C, sogar keine Schmelzung unter der Zersetzungstemperatur, eine Porosität von mehr als 80%, eine mechanische Festigkeit von höher als 20 MPa, wobei die Faser in organischen Lösungsmitteln absolut unlöslich ist und die elektrische Durchschlagfestigkeit mehr als 1 × 107 V/m beträgt. Das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser durch Elektrospinnen mit solchen Merkmalen ist beständig gegen Zerreißen, beständig gegenüber thermischer Schrumpfung, hohen Temperaturen und Überladung durch Hochspannung und zu hoher Stromaufnahme. Das nichtgewebte Tuch aus Imid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung kann als jede Art von Batterie-Separator und Kondensator-Separator mit hoher Kapazität und hoher Antriebskraft verwendet werden, und verfügt über einen enormen potenziellen Markt im Bereich wie z. B. Automobilantriebsbatterien und Superkondensatoren.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser bereitzustellen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • (1) Reinigen der vier Dianhydrid-, Diamin-Monomere und Hinzufügen dieser Monomere zusammen mit einer geeigneten Menge eines Lösungsmittels in einem Polymerisationskessel, Rühren für einige Zeit zur Reaktion, Erhalten der Copolyamidsäure-Lösung, elektrostatisches Spinnen der Copolyamidsäure-Lösung in einem elektrischen Feld unter hoher Spannung, Sammeln mit einer Edelstahlrolle als Kollektor und Erhalten des nichtgewebten Tuchs aus Copolyamidsäure-Nanofaser; wobei das Lösungsmittel das polare Lösungsmittel N,N-Dimethylformamid (DMF) oder N,N-Dimethylacetamid (DMAC) ist, die Reaktionstemperatur der Copolymerisation im Polymerisationskessel bei 0–30°C liegt, die Reaktionsdauer 1–10 Stunden beträgt, die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes (Hochspannung) 250–300 KV beträgt.
    • (2) Legen des erhaltenen nichtgewebten Tuchs aus Copolyamidsäure-Nanofaser in einen Hochtemperaturofen, Erhitzen zur Imidisierung, wobei die Temperaturerhöhung für die Imidisierung wie folgt verläuft: Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 200–250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 330–370°C, Halten dieser Temperatur für 30 min und dann Abschalten des Ofens.
  • Die Imidisierung wird in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Die programmgesteuerte Temperaturerhöhung verlief wie folgt: Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 200–250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 330–370°C, Halten dieser Temperatur für 30 min und dann Abschalten des Ofens.
  • Leistungscharakterisierung: einschließlich der Bestimmung der absoluten Viskosität von Copolyamidsäure-Lösung und der Spinn-Lösung, des Durchmessers der elektrostatisch gesponnenen Copolyamidsäure-Nanofaser, der thermischen Zersetzungstemperatur des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der mechanischen Eigenschaften (wie beispielsweise Festigkeit, Bruchdehnung usw.) des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der Dichtbrandtemperatur des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der spezifischen Oberfläche des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der elektrischen Durchschlagfestigkeit des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser.
  • In der vorliegenden Erfindung wurden die absoluten Viskositäten der Polyamidsäure-Lösung und der Spinn-Lösung mit einem NDJ-8S Viskosimeter (Shanghai Precision & Scientific Instrument Co., Ltd.) bestimmt; der Durchmesser der elektrostatisch gesponnenen Polyamidsäure-Nanofaser wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) VEGA 3 SBU (Tschechische Republik) bestimmt; die thermische Zersetzungstemperatur des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser wurde mit einem WRT-3P thermogravimetrischen Analysegerät (TGA) (Shanghai Precision & Scientific Instrument Co., Ltd.) bestimmt; die mechanischen Eigenschaften (wie beispielsweise Festigkeit, Bruchdehnung usw.) des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser wurde mit einem CMT8102 Mikrocomputer-kontrollierten elektronischen Universaltester (Shenzhen SANS Material Test Co., Ltd.) bestimmt; die Dichtbrandtemperatur der Copolyimid-Nanofaser wurde mit einem Diamond dynamisch-mechanischen Analysegerät (DMA) (Perkin-Elmer, USA) bestimmt; die spezifische Oberfläche der porösen Membran oder des nichtgewebtes Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser wurde mit einem Gerät zur Untersuchung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche vom Typ JW-K (Beijing JWGB Sci. & Tech. Co., Ltd.) bestimmt; die elektrische Durchschlagfestigkeit des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser wurde mit dem Gerät für dielektrischen Durchschlag DJD-20 KV (Beijing Crown Measurement Test Instrument Co., Ltd.) bestimmt.
  • Die Porosität des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser der vorliegenden Erfindung wurde mit Hilfe der unten stehenden Formel ermittelt: Porosität β = [1 – (ρ/ρo)] × 100
  • Worin ρ die Dichte (g/cm3) des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser ist, und ρo die Dichte (g/cm3) der Körpermembran aus Copolyimid (hergestellt über ein gießtechnisches Verfahren) ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird weiter mit folgenden Ausführungsformen ausführlicher erklärt.
  • Konkrete Ausführungsformen
  • Ein Verfahren zum Herstellen des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser gemäß der vorliegenden Erfindung enthält folgende Schritte:
    • (1) Basierend auf einer gleichen molaren Gesamtmenge von Dianhydrid-Funktionsgruppen und Diamin-Funktionsgruppen, wurden zwei Dianhydrid-Monomeren mit zwei Diamin-Monomeren gemischt. Eine geeignete Menge des Lösungsmittels wurde eingesetzt und in einem Polymerisationskessel unter Rühren für einige Zeit zur Reaktion gebracht. So wurde Copolyamidsäure (Polyimid-Vorstufe) Lösung erhalten, die im elektrischen Feld unter hoher Spannung dem elektrostatischen Spinnen unterzogen wurde. Eine Edelstahlrolle wurde als Kollektor verwendet, und die poröse Membran oder das nichtgewebte Tuch aus Copolyamidsäure-Nanofaser wird gesammelt. Das verwendete Lösungsmittel war vorzugsweise eines unter N,N-Dimethylformamid (DMF) N,N-Dimethylacetamid (DMAC); die Temperatur der Polymerisationskessel lag bei 0–30°C; Die Rührungsdauer lag vorzugsweise bei 1–10 Stunden, die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes (Hochspannung) war 250–300 kV/m; der Durchmesser des Edelstahlrolle-Kollektors beträgt 0,3 Meter.
    • (2) Das, wie oben, erhaltene nichtgewebte Tuch aus Copolyamidsäure-Nanofaser wurde in einen Hochtemperaturofen eingebracht und in einer Stickstoffatmosphäre für die Imidisierung erhitzt. Die programmgesteuerte Temperaturerhöhung verlief wie folgt: Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 200–250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 330–370°C, Halten dieser Temperatur für 30 min und dann Abschalten des Ofens.
    • (3) Leistungscharakterisierung: einschließlich der Bestimmung der absoluten Viskositäten von Copolyamidsäure-Lösung und der Spinn-Lösung, des Durchmessers der elektrostatisch gesponnen Copolyamidsäure-Nanofaser, der thermischen Zersetzungstemperatur des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der mechanischen Eigenschaften (wie beispielsweise Festigkeit, Bruchdehnung usw.) der porösen Membran oder des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der Dichtbrandtemperatur des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der spezifischen Oberfläche des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser, der elektrischen Durchschlagfestigkeit des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser.
  • Ausführungsform 1:
  • Zwei Tetrasäure-Dianhydrid-Monomere und zwei Diamin-Monomer wurden als Monomere für die Copolymerisation ausgewählt. Es wurden gereinigte Diphenylketondianhydrid (BTDA), Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), Benzidin (Bz) und Biphenyletherdiamin (ODA) in einem molaren Verhältnis 1:1:1:1 sowie eine geeignete Menge des Lösungsmittels N,N-Dimethylacetamid (DMAc) eingesetzt und nach obigen Schritten zur Reaktion gebracht. Worin nach Schritt (1) die Temperatur des Polymerisationskessels in dieser Ausführungsform bei 5°C lag; die Reaktion unter Rühren 6 Stunden dauerte; die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes (Hochspannung) für das elektrostatische Spinnen 250 kV/m betrug; nach der programmgesteuerten Temperaturerhöhung in Schritt (2): Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 370°C, Halten der Temperatur auf 370°C für 30 min, Abschalten des Ofens und dann Abkühlenlassen des Gemischs auf Raumtemperatur.
  • Leistungscharakterisierung: Die Massenkonzentration der Copolyamidsäure-Lösung war 6%, die absolute Viskosität war 4,3 Pa·S, der Durchmesser von Copolyamidsäure-Nanofaser betrug 100–300 nm, meistens bei ungefähr 150 nm, die Zugfestigkeit des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaserlag bei 22 MPa, die Bruchdehnung betrug 24%, die Glasübergangstemperatur lag bei 288°C, die thermische Zersetzungstemperatur lag bei 540°C, die Porosität ergab 80,5%, die spezifische Oberfläche lag bei 41,8 m2/g, die elektrische Durchschlagfestigkeit betrug 1,5 × 105 V/cm oder 15 V/μm.
  • Ausführungsform 2:
  • Zwei Tetrasäure-Dianhydrid-Monomere und zwei Diamin-Monomer wurden als Monomere für die Copolymerisation ausgewählt. Es wurden gereinigte Diphenylketondianhydrid (BTDA), Triphenyldietherdianhydrid (HQPDA), p-Phenylendiamin (PPD) und Biphenyletherdiamin (ODA) 1:1:1:1 sowie eine geeignete Menge des Lösungsmittels N,N-Dimethylacetamid (DMAc) eingesetzt und nach obigen Schritten zur Reaktion gebracht. Worin nach Schritt (1) die Temperatur des Polymerisationskessels in dieser Ausführungsform bei 10°C lag; die Reaktion unter Rühren 10 Stunden dauerte; die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes (Hochspannung) für das elektrostatische Spinnen 300 kV/m betrug; nach der programmgesteuerten Temperaturerhöhung in Schritt (2): Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 350°C, Halten der Temperatur auf 320°C für 30 min, Abschalten des Ofens und dann Abkühlenlassen des Gemischs auf Raumtemperatur.
  • Leistungscharakterisierung: Die Massenkonzentration der Copolyamidsäure-Lösung war 8%, die absolute Viskosität war 4,0 Pa·S, der Durchmesser von Copolyamidsäure-Nanofaser betrug 50–250 nm, meistens bei ungefähr 150 nm, die Zugfestigkeit des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaserlag bei 21 MPa, die Bruchdehnung betrug 23%, die Glasübergangstemperatur lag bei 284°C, die thermische Zersetzungstemperatur lag bei 530°C, die Porosität ergab 80,2%, die spezifische Oberfläche lag bei 42,0 m2/g, die elektrische Durchschlagfestigkeit betrug 1,5 × 105 V/cm oder 15 V/μm.
  • Obige Ausführungsformen sind nicht als Einschränkungen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Die durch Fachleute auf diesem Gebiet vorgenommenen unwesentlichen Verbesserungen und Regulierungen der vorliegenden Erfindung gehören immer noch zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

Claims (4)

  1. Nichtgewebtes Tuch aus Copolyimid-Nanofaser, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nichtgewebte Tuch durch Copolymerisation der folgenden vier Monomere (I), (II), (III), (IV) zum Bilden einer Copolyamidsäure, elektrostatisches Spinnen und Imidisierung erhalten ist:
    Figure DE112010005915B4_0017
    wobei die Copolyimid-Nanofaser durch Copolymerisation der oben genannten vier Monomere erhalten ist und das molare Verhältnis der vier Monomere [(I) + (II)]:[(III) + (IV)] = 1:1 ist; wobei das Copolyimid die folgende chemische Struktur aufweist:
    Figure DE112010005915B4_0018
    wobei n für eine natürliche Zahl zwischen 50–300 steht; m für eine natürliche Zahl zwischen 50–300 steht, R1 und R3 Reststrukturen von C4-C30 Tetrasäure-Dianhydrid-Monomere sind, R2, R4 Reststrukturen von C6-C30 Diamin-Monomere sind, wobei das Verhältnis der gesamten molaren Menge von Tetrasäure-Dianhydrid-Monomer zu der gesamten molaren Menge von Diamin-Monomer 1:1 ist, wobei das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser die folgenden Merkmale aufweist: eine Bruchdehnung von 20–30%, eine Porosität von 80–86%, eine Zugfestigkeit von 20–25 MPa, eine elektrische Durchschlagfestigkeit von 1 × 107–1,5 × 107 V/m, eine thermische Zersetzungstemperatur von 510–560°C.
  2. Das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R1, R3 jeweils aus einer der folgenden Tetrasäure-Dianhydrid-Reststrukturen ausgewählt wird:
    Figure DE112010005915B4_0019
    Diphenylketondianhydrid-Restgruppe Pyromellitsäuredianhydrid-Restgruppe Biphenyldianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0020
    Diphenylsulfondianhydrid-Restgruppe Diphenyletherdianhydrid-Restgruppe Naphthalintetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0021
    Cyclobutandianhydrid-Restgruppe Triphenyldietherdianhydrid-Restgruppe 3,6-überbrückte Alkencyclohexantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0022
    Dimethyldiphenylsilantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe Bistrifluormethyldiphenylmethantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe Difluorpyromellitsäuredianhydrid-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0023
    Terphenyltetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe Cyclohexantetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe Thioethertetracarboxylsäuredianhydrid-Restgruppe
  3. Das nichtgewebte Tuch aus Copolyimid-Nanofaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R2, R4 jeweils aus einer der folgenden Diamin-Reststrukturen ausgewählt wird:
    Figure DE112010005915B4_0024
    Diphenyletherdiamin-Restgruppe p-Phenylendiamin-Restgruppe 3,3'-Dimethoxybiphenyldiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0025
    Diphenylmethandiamin-Restgruppe m-Phenylendiamin-Restgruppe Biphenyldiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0026
    Diphenoxydiphenylsulfondiamin-Restgruppe 2-Methyletherdiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0027
    Diphenoxytriphenylphosphinoxiddiamin-Restgruppe Triphenyldietherdiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0028
    Diphenoxybisphenol-A-diamin-Restgruppe 2,6-Pyridindiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0029
    2,6-Pyridinbiphenyldiamin-Restgruppe 3,3'-Dimethyldiphenylmethandiamin-Restgruppe
    Figure DE112010005915B4_0030
    Diphenoxydiphenylketondiamin-Restgruppe 5-Methyl-m-phenylendiamin-Restgruppe
  4. Verfahren zum Herstellen des nichtgewebten Tuchs aus Copolyimid-Nanofaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren Folgendes aufweist: (1) Reinigen der vier Dianhydrid-, Diamin-Monomere und Hinzufügen dieser Monomere zusammen mit einer geeigneten Menge eines Lösungsmittels in einem Polymerisationskessel, Rühren für einige Zeit zur Reaktion, Erhalten der Copolyamidsäure-Lösung, elektrostatisches Spinnen der Copolyamidsäure-Lösung in einem elektrischen Feld unter hoher Spannung, Sammeln mit einer Edelstahlrolle als Kollektor und Erhalten des nichtgewebten Tuchs aus Copolyamidsäure-Nanofaser, wobei das Lösungsmittel das polare Lösungsmittel N,N-Dimethylformamid (DMF) oder N,N-Dimethylacetamid (DMAC) ist, die Reaktionstemperatur der Copolymerisation im Polymerisationskessel bei 0–30°C liegt, die Reaktionsdauer 1–10 Stunden beträgt, die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes (Hochspannung) 250–300 kV beträgt; (2) Legen des erhaltenen nichtgewebten Tuchs aus Copolyamidsäure-Nanofaser in einen Hochtemperaturofen, Erhitzen zur Imidisierung, wobei die Temperaturerhöhung für die Imidisierung wie folgt verläuft: Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 20°C/min, ausgehend von Raumtemperatur bis auf 200–250°C, Beibehalten dieser Temperatur für 30 min, anschließend weiteres Erhitzen mit einer Temperaturanstiegsrate von 5°C/min bis auf 330–370°C, Halten dieser Temperatur für 30 min und dann Abschalten des Ofens.
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