聚酰亚胺(PI)是指主链中含有五元酰亚胺环结构的高性能聚合物材料。尽管PI的可加工性和溶解性较差,但因其具有高的力学性能、电性能、优异的热稳定性以及良好的耐辐照性和耐化学腐蚀性等众多优点,使之在高温滤材、微电子和航空航天等领域得到了广泛的应用。随着高科技的发展,普通PI材料已不能满足尖端行业对材料的性能要求,因此PI的改性已成为研究热点。多壁碳纳米管(MWCNTs)的外径一般在几纳米到几十纳米,内径则更小,而长度一般在微米级,小直径和大长径比(可达103～106)的独特结构决定了它具有优异的物理和化学性质。组成MWCNTs的C=C共价键是自然界中最稳定的化学键,其优异的机械性能使其成为复合材料领域最好的增强材料,因此碳纳米管的研究重点已转移到聚合物/碳纳米管复合材料方面。PI薄膜通常采用刮膜法和流延法等传统工艺制备,然而传统工艺过程复杂且薄膜硬度大、易脆断。相比而言,静电纺丝是制备聚合物纳米纤维膜的有效方法,由其制得的纤维具有直径小、比表面积大、孔隙率高等优点,因此电纺纳米纤维材料在组织工程、光催化、过滤、防护材料等许多领域具有重要的应用价值。本课题首先采用高压静电纺丝技术制备纯PI纳米纤维膜。以均苯四甲酸二酐(PMDA)、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)作为单体通过低温溶液缩聚合成聚酰亚胺的前驱体-聚酰胺酸(PAA)溶液,静电纺丝制得PAA纳米纤维膜,然后程序升温热酰亚胺化获得PI纳米纤维膜。通过扫描电子显微镜(SEM)对聚酰亚胺纳米纤维的形貌进行表征,分析了主要工艺参数(PAA固含量、施加电压、接收距离、推注速度和针头孔直径)对纤维直径大小和分布的影响;并利用傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、同步热分析仪对PI纤维膜的化学结构、结晶情况和热稳定性进行表征。实验结果表明,较优的工艺参数为:PAA固含量15 wt.%,施加电压16 k V,接收距离21 cm,推注速度0.01 mm/min、针头孔直径0.9 mm,PAA溶液的推注速度对纳米纤维形貌有显著影响;红外谱图证明了PI纳米纤维膜中存在五元酰亚胺环特征基团;PI纤维膜的形貌越好,其结晶情况有所降低;PI纳米纤维膜具有优异的热稳定性,在520℃之前基本不分解,且PI纤维膜的耐热性能相比PI涂膜有明显的增加。基于纯PI膜的制备工艺研究,将不同质量分数的羧基化多壁碳纳米管(F-MWCNTs)引入前驱体PAA溶液中,通过静电纺丝技术和热酰亚胺化工艺制备F-MWCNTs/PI复合纳米纤维膜。利用傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、同步热分析仪、电子万能试验机、阻抗分析仪以及X射线衍射仪对其化学结构、形貌及性能进行表征,详细研究了F-MWCNTs改性PI纳米纤维膜的力学性能及介电性能。研究结果表明,与纯PI膜相比,F-MWCNTs的加入对聚合物的特征结构基本无影响;复合膜都出现一个宽范围、强度较低的特征衍射峰,其取向度并不高;F-MWCNTs/PI复合纳米纤维膜(0.30 wt.%F-MWCNTs)的纤维平均直径从430 nm减小到110 nm,直径粗细分布更加均匀;且复合纤维膜的热稳定性、拉伸强度和断裂伸长率都有所提高,失重5%的温度高达550.18℃,玻璃化转变温度最高为129.71℃,拉伸强度最高为31.15 MPa,断裂伸长率最高为117.32%;所有纤维膜具有理想的孔隙结构及良好的耐溶剂性,孔隙率均在90%左右且保持不变。F-MWCNTs仅加入0.30 wt.%时,在1 MHz的测试条件下,复合材料的介电常数仅为1.10,介电损耗为0.006,相比纯PI膜分别下降了23%和40%。由此可见,静电纺丝技术提供了一种低含量填料制备超低介电常数PI复合材料的方法,新开发的F-MWCNTs/PI复合纳米纤维膜在下一代电子及微电子技术领域具有潜在的应用价值。