聚酰亞胺基介電復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)具有其它高聚物無法比擬的優(yōu)異的熱、機(jī)械和電性能,在微電子領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著材料的不斷向高性能化、多功能化和低成本化方向發(fā)展,聚酰亞胺自身的一些缺點(diǎn)(如吸濕性和熱膨脹系數(shù)較高)單純的聚酰亞胺材料不能滿足市場(chǎng)對(duì)其偏高(低)介電、低吸水率和良好的力學(xué)性能的要求。為了提高Pl的應(yīng)用性能,拓展聚酰亞胺材料的應(yīng)用領(lǐng)域,以PI為基體的復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。本論文改善PI/無機(jī)納米

2、復(fù)合材料的制備方法,考察無機(jī)納米粒子含量對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌、性質(zhì)的影響,可為PI/無機(jī)復(fù)合材料的制備和性能研究提供數(shù)據(jù)和理論參考。
　　研究中,采用納米粒子原位法或原位溶膠凝膠法,分別將二氧化硅(SiO2)、多壁碳納米管(MWNTs)與PI或含氟聚酰亞胺(FPI)復(fù)合制備聚酰亞胺基合材料,分別采用原位溶膠凝膠法和納米粒子原位法制備了PI/TiO2和PI/TNTs復(fù)合材料,期望得到綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料,全面考察了各種復(fù)合材料的

3、結(jié)構(gòu)、形貌及其與性能的關(guān)系。
　　論文采用納米粒子原位法和原位溶膠凝膠法兩種工藝制備了摻雜二氧化硅聚酰亞胺復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)采用原位溶膠凝膠法制備的復(fù)合薄膜相比納米粒子原位法制備的材料具有更好的熱穩(wěn)定、透光性、電阻性和介電性能(介電常數(shù)可達(dá)3.0以下)、具有更大的儲(chǔ)能模量(ε)和更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。兩種方法制備的復(fù)合薄膜的5wt％質(zhì)量損失溫度高于540℃,其熱穩(wěn)定性可很好滿足它在眾多器件中作為介電材料使用的要求。

4、　　采用原位溶膠凝膠法制備了摻雜二氧化硅的FPI復(fù)合材料,該復(fù)合薄膜保持了純FPI良好的熱穩(wěn)定性,復(fù)合薄膜的介電常數(shù)隨二氧化硅含量的增加先略微增大再減小,在二氧化硅含量為10 wt％時(shí)達(dá)到最大值,所有的復(fù)合薄膜擁有很低的介電常數(shù)。
　　聚酰亞胺基體中加入MWNTs能保持很好的熱穩(wěn)定性。制備的PI/MWNTs和FPI/MWNTs納米復(fù)合材料璃化轉(zhuǎn)變溫度分別在280℃和360℃以上,分解溫度分別在550℃以上和約在500℃。碳納米管本

5、身良好的熱穩(wěn)定性和在基體中良好的相容性使得制備PI/MWNTs和FPI/MwNTs納米復(fù)合材料具有很好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能隨著碳納米管含量的增大而增強(qiáng),50℃時(shí)MWNTs含量為10wt％的PI復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量為2.03Gpa,較純PI提高了23.1％。PI和FPI的介電常數(shù)都隨著摻雜碳納米管含量的增大而增加。在1MHz PI中加入10 wt％的碳納米管時(shí)其介電常數(shù)為66.7,是純PI的18.6倍,說明少量的加入量就可使材料的

6、介電性能有很大的提高。含碳納米管聚酰亞胺基納米復(fù)合材料是一種具有良好熱學(xué)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的高介電材料。
　　在PI/TiO2和PI/TNTs兩種復(fù)合薄膜中的無機(jī)相以無定型的狀態(tài)均勻分散在PI基體中,但其透光性有所下降。兩種復(fù)合薄膜在有無紫外光照射下具有不同的吸水趨勢(shì)。在無紫外光照射下復(fù)合薄膜的吸水率隨著TiO2含量的增大而減少,TiO2含量為20 wt％時(shí)復(fù)合薄膜相比純PI薄膜可降低吸濕水量0.3個(gè)百分點(diǎn)。復(fù)合薄膜在有紫外光(λ=3

7、65nm)照射下的吸水率隨著TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。PI/TNTs有與PI/TiO2同樣的吸水特性,并且在有無紫外光照射下PI/TNTs均比PI/TiO2較高的吸水率。
　　在PI/TNTs復(fù)合材料中TNTs由于外壁大量的羥基的作用使其與基體相互交聯(lián)起來,具有較PI/TiO2更優(yōu)異的熱學(xué)和力學(xué)性能。TNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的復(fù)合薄膜的5％失重溫度達(dá)到了535.4℃,較純PI提高了64.2℃。TiO2和TNTs對(duì)復(fù)合薄膜的導(dǎo)電