聚酰亞胺復(fù)合薄膜的制備與性能研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)耐高、低溫性能優(yōu)異，耐腐蝕性能好，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，是綜合性能最佳的聚合物之一，使得基于不同應(yīng)用的聚酰亞胺復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。納米碳材料具有優(yōu)異的電學(xué)性能、機(jī)械性能以及特殊的納米效應(yīng)，成為功能性聚合物復(fù)合材料增強(qiáng)體的不二選擇。而增強(qiáng)體的選擇、表面處理，復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝等是制備高性能復(fù)合薄膜的重要因素。本文選擇聚酰亞胺為基體，聚丙烯腈、碳納米管、石墨烯三種材料為增強(qiáng)體，通過合理的表面處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝

2、等，主要展開了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　1)通過不同的氨基化修飾方法分別制備了兩種氨基化修飾的多壁碳納米管:一種是常用的一步法，即直接將酰氯化的碳納米管與4，4'-二氨基二苯醚(ODA)反應(yīng)，得到氨基化碳納米管(Di-MWNT);另一種方法是，先將酰氯化的碳納米管與一端氨基被Boc保護(hù)的4，4'-二氨基二苯醚進(jìn)行反應(yīng)，然后脫去Boc保護(hù)基團(tuán)，得到氨基裸露的碳納米管(NH2-MWNT)。采用熱重、XPS等手段定量分析碳納米管中的

3、氨基化程度，并通過TEM電鏡觀察兩種碳管的微觀形貌。UV-vis光譜中可以看出NH2-MWNT的分散性比Di-MWNT以及MWNT的分散性顯著提高。調(diào)節(jié)聚酰胺酸的制備溫度、單體比例合成聚酰胺酸溶液，用來制備高機(jī)械強(qiáng)度的聚酰亞胺復(fù)合薄膜。
　　2)將不同含量的上述兩種氨基化碳納米管分別與聚酰胺酸溶液共混，通過流延法制備不同碳納米管含量的碳納米管/聚酰亞胺復(fù)合薄膜。通過SEM分析復(fù)合薄膜的微觀形貌，可以發(fā)現(xiàn)NH2-MWNT在PI基體中

4、的分散性明顯優(yōu)于Di-MWNT，并且NH2-MWNT能與PI基體形成較強(qiáng)的界面作用力。隨著碳管含量的增加復(fù)合薄膜導(dǎo)電性能迅速增強(qiáng)。但是碳管含量較低時(shí)，相同碳管含量的NH2-MWNT/PI薄膜的導(dǎo)電性能比Di-MWNT/PI薄膜的導(dǎo)電性高出很多個(gè)數(shù)量級(jí)。并且少量NH2-MWNT的加入可以增強(qiáng)復(fù)合薄膜機(jī)械性能。
　　3)基于碳納米管的引入會(huì)增強(qiáng)材料的介電常數(shù);同時(shí)為了降低由導(dǎo)電填料引起薄膜內(nèi)部形成導(dǎo)電通路而產(chǎn)生的介電損耗。本論文從結(jié)構(gòu)

5、上阻斷導(dǎo)電通路的形成，設(shè)計(jì)并制備由絕緣層-介電層-絕緣層組成的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，其中上下絕緣層采用純PI，中間介電層為NH2-MWNT/PI復(fù)合物。并通過控制中間層NH2-MWNT/PI復(fù)合物中碳納米管的含量，調(diào)節(jié)三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的介電常數(shù)，最后成功得到高介電常數(shù)(31)、低介電損耗(0.0016)、高擊穿強(qiáng)度(97.4±3.4 MV/m)的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜，并且介電常數(shù)在較寬的頻率范圍內(nèi)(1-1000kHz)變化較小。
　

6、　4)基于氧化石墨烯(GO)的引入會(huì)增強(qiáng)材料的介電常數(shù)，設(shè)計(jì)了氧化石墨烯為電介質(zhì)層，制備具有以下結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合薄膜:PI層-GO層-PI層。中間層GO的含量通過調(diào)節(jié)GO溶液的澆注量來控制。為了讓GO在中間層有序堆疊，采用稀溶液多次澆注的方法。中間層固定后，再次澆注聚酰胺酸溶液，可以使聚酰胺酸溶液滲透到中間層，并完全浸潤(rùn)中間層GO。通過該方法制備得到的復(fù)合薄膜呈現(xiàn)了高的介電常數(shù)(28)，較低的介電損耗(0.017)以及優(yōu)秀的耐高溫性能。此