PI-SiO-,2-納米雜化薄膜的制備及性能研究.pdf

1、聚酰亞胺作為一種高性能工程塑料，在寬廣的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的物理、化學(xué)和電性能，又因其合成工藝上具有多種途徑的特點(diǎn)，使其制品種類繁多，廣泛應(yīng)用于航空/航天、電氣/電子等領(lǐng)域。近年來，隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芑?、功能化聚酰亞胺材料的需求日益迫切。作為聚酰亞胺主要制品之一的聚酰亞胺薄膜，其?yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，為滿足對其高性能化、功能化的需求，國內(nèi)外學(xué)者針對聚酰亞胺薄膜的改性研究做了大量工作。近十年來，研究熱點(diǎn)在于：采用溶膠—

2、凝膠途徑，將各種無機(jī)組分引入聚酰亞胺基質(zhì)中，制備聚酰亞胺/無機(jī)納米雜化薄膜，主要研究了無機(jī)納米組分的摻雜對雜化薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及相對介電系數(shù)的影響規(guī)律，但理論分析不夠深入，而對主要作為絕緣材料使用的聚酰亞胺薄膜的電性能研究鮮有報導(dǎo)。 本文采用兩相原位同步聚合技術(shù)制備聚酰亞胺/二氧化硅(PI/SiO<,2>)納米雜化薄膜。在摻雜膠液的制備中，有機(jī)相是通過均苯四甲酸二酐(PMDA)和4，4'-

3、二氨基二苯醚(ODA)在N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)的溶液中經(jīng)逐步縮聚反應(yīng)制備，無機(jī)相是通過正硅酸乙酯(TEOS)或甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)在DMAc的溶液中經(jīng)溶膠—凝膠反應(yīng)與聚酰胺酸原位同步生成。實(shí)驗中用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APrTEOS)做偶聯(lián)劑以促進(jìn)有機(jī)/無機(jī)兩相的相容性。雜化薄膜的制備是將摻雜膠液澆鑄在玻璃板上，經(jīng)熱亞胺化成膜。 采用傅立葉變換紅外光譜和掃描電鏡能譜分析技術(shù)對雜化薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，證實(shí)

4、了雜化薄膜中有二氧化硅組分存在。用原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡對雜化薄膜的表面形貌和斷面形貌進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明，二氧化硅的摻雜量從5wt％到30wt％變化時，采用兩相原位同步聚合技術(shù)均能獲得相分散程度較好的納米雜化薄膜。以。TEOS為無機(jī)前驅(qū)體時(A體系)，二氧化硅納米粒子呈球狀，以MTEOS為無機(jī)前驅(qū)體時(B體系)，二氧化硅粒子呈棒狀。隨著二氧化硅含量增加，雜化薄膜中二氧化硅與聚酰亞胺基質(zhì)形成了相互貫穿的半互穿網(wǎng)絡(luò)。研究表明：制備

5、工藝、無機(jī)前驅(qū)體水解所需水量、偶聯(lián)劑及亞胺化過程等因素對雜化薄膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)均有影響。 采用WDW型電子萬能試驗機(jī)對雜化薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行了分析測試。結(jié)果表明，當(dāng)二氧化硅含量為5wt％時，與純聚酰亞胺薄膜相比，兩個體系雜化薄膜的韌性稍有下降，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率變化不大，但當(dāng)二氧化硅增大時，這些力學(xué)性能參數(shù)開始下降，B體系下降幅度大于A體系。導(dǎo)致力學(xué)性能變化的主要因素是二氧化硅摻雜對薄膜中聚酰亞胺分子鏈排列有序性的影響程度，棒

6、狀的二氧化硅粒子不利于薄膜力學(xué)性能的改善。 對雜化薄膜進(jìn)行熱分析結(jié)果顯示，A體系中，二氧化硅含量低于12.5wt％，失重10％時的分解溫度略高于純聚酰亞胺薄膜，二氧化硅含量超過12.5wt％時，熱分解溫度明顯下降；B體系中，各種二氧化硅摻雜量的雜化薄膜，其失重10％的分解溫度均高于純聚酰亞胺薄膜。其中摻雜量為5wt％時，提高幅度最大，為21℃。對于A、B兩體系，當(dāng)二氧化硅含量超過12.5wt％時，對薄膜熱分解溫度影響變得不顯著，

7、棒狀的二氧化硅粒子有利于薄膜熱穩(wěn)定性的提高。 二氧化硅的摻雜對雜化薄膜電性能的影響較為復(fù)雜，針對不同的電性能參數(shù)，具體權(quán)重影響因素不同。對于相對介電系數(shù)和介電損耗，所有二氧化硅含量的雜化薄膜的相對介電系數(shù)均高于純聚酰亞胺薄膜，且?guī)缀醪浑S頻率變化。A體系雜化薄膜的介電損耗普遍高于純聚酰亞胺薄膜，B體系雜化薄膜的介電損耗與純聚酰亞胺薄膜相差不大，且兩個體系雜化薄膜的介電損耗值均隨測試頻率的增加呈單調(diào)上升趨勢。納米二氧化硅的引入在一定