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(lái)，隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芑⒐δ芑埘啺凡牧系男枨笕找嫫惹?。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(duì)其高性能化、功能化的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)聚酰亞胺薄膜的改性研究做了大量工作。近十年來(lái)，研究熱點(diǎn)在于：采用溶膠—

2、凝膠途徑，將各種無(wú)機(jī)組分引入聚酰亞胺基質(zhì)中，制備聚酰亞胺/無(wú)機(jī)納米雜化薄膜，主要研究了無(wú)機(jī)納米組分的摻雜對(duì)雜化薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及相對(duì)介電系數(shù)的影響規(guī)律，但理論分析不夠深入，而對(duì)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(bào)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(guò)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(wú)機(jī)相是通過(guò)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(yàn)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(wú)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(duì)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(duì)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(shí)，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(wú)機(jī)前驅(qū)體時(shí)(A體系)，二氧化硅納米粒子呈球狀，以MTEOS為無(wú)機(jī)前驅(qū)體時(shí)(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(wú)機(jī)前驅(qū)體水解所需水量、偶聯(lián)劑及亞胺化過(guò)程等因素對(duì)雜化薄膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)均有影響。 采用WDW型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)雜化薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行了分析測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)二氧化硅含量為5wt％時(shí)，與純聚酰亞胺薄膜相比，兩個(gè)體系雜化薄膜的韌性稍有下降，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率變化不大，但當(dāng)二氧化硅增大時(shí)，這些力學(xué)性能參數(shù)開(kāi)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(duì)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(duì)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(shí)的分解溫度略高于純聚酰亞胺薄膜，二氧化硅含量超過(guò)12.5wt％時(shí)，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(shí)，提高幅度最大，為21℃。對(duì)于A、B兩體系，當(dāng)二氧化硅含量超過(guò)12.5wt％時(shí)，對(duì)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(duì)雜化薄膜電性能的影響較為復(fù)雜，針對(duì)不同的電性能參數(shù)，具體權(quán)重影響因素不同。對(duì)于相對(duì)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(duì)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(gè)體系雜化薄膜的介電損耗值均隨測(cè)試頻率的增加呈單調(diào)上升趨勢(shì)。納米二氧化硅的引入在一定