熱塑性聚酰亞胺及其改性材料的熱性能研究.pdf

1、聚酰亞胺（PI）是一種高性能聚合物材料，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、耐輻射性能和耐熱性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、微電子和通訊等高技術(shù)領(lǐng)域，成為很有發(fā)展前景的材料之一。但多數(shù)PI具有不溶不熔的特性，加工成型十分困難，一定程度上限制了其應(yīng)用范圍，因此熱塑性聚酰亞胺（TPI）成為發(fā)展方向之一。TPI不僅具有優(yōu)異的綜合性能，而且更易于加工，生產(chǎn)效率更高，在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的熱固性聚酰亞胺，成為人們開發(fā)研制的熱點(diǎn)。TPI可通過添加纖維提

2、高力學(xué)性能，添加潤(rùn)滑劑提高耐磨性能，亦可與其它聚合物共混，使改性材料具有更優(yōu)異的性能，應(yīng)用于高科技領(lǐng)域。目前，對(duì)PI及其改性材料性能的研究，大多數(shù)是關(guān)于力學(xué)性能和摩擦磨損性能，很少具體研究其熱性能。而聚酰亞胺的熱性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、熱膨脹系數(shù)α是其應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 針對(duì)以上背景，本文首先測(cè)定了一種自主研發(fā)的TPI的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并通過改變分子量大小考察玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與分子量的關(guān)系，及熱處理溫度和熱處理時(shí)

3、間對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響。結(jié)果表明：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨數(shù)均分子量的增大而增加，采用Kanig-Ueberreiter方程關(guān)聯(lián)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與數(shù)均分子量,其線性擬合度最高；由于聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——存在自由端基，在高溫可發(fā)生固相熱環(huán)化反應(yīng)，相應(yīng)其分子量隨處理溫度的升高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，表現(xiàn)為聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有所升高。 為了進(jìn)一步提高TPI的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使其能在更加苛刻的環(huán)境下使用，TPI的改性研究主要包括纖維增

4、強(qiáng)的TPI樹脂基復(fù)合材料及聚合物共混改性TPI。但由于高分子材料的熱膨脹系數(shù)比纖維、陶瓷等無機(jī)材料要大得多，兩者復(fù)合后，隨溫度的變化，熱應(yīng)力不僅使高分子和基材剝離，還會(huì)產(chǎn)生龜裂和翹曲，模壓塑料則產(chǎn)生裂紋等。另外高科技的發(fā)展，要求器械內(nèi)部的空間更小，對(duì)材料的熱穩(wěn)定和熱膨脹性能提出了更高的要求。 因此，本文在上一步工作的基礎(chǔ)上，選出一種分子量的TPI樹脂，測(cè)定其注塑件的熱膨脹系數(shù)及其各向異性和尺寸穩(wěn)定性；并考察了所添加的填料種類對(duì)熱

5、膨脹系數(shù)的影響。結(jié)果表明：TPI存在著各向異性，且流向面的熱膨脹系數(shù)最低。在正常的使用范圍內(nèi)，試樣經(jīng)歷一個(gè)升降溫循環(huán)后尺寸基本沒發(fā)生變化。消除熱歷史后，材料的熱膨脹系數(shù)降低；類似地，熱處理也能使熱膨脹系數(shù)減小。在主鏈相同的TPI樹脂中，加入玻纖、碳纖等高強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性的填料有助于降低TPI的熱膨脹系數(shù)。 對(duì)于共混改性的TPI，主要用熔體流動(dòng)速率儀研究了TPI/聚醚醚酮（PEEK）共混物的流變性能，用差示掃描量熱儀考察了共混物的

6、相容性和熱性能，用廣角X射線衍射儀研究了共混物的形態(tài)和結(jié)晶性能。結(jié)果表明：共混物的熔體流動(dòng)指數(shù)隨PEEK含量的降低和熔體溫度的升高而增加；TPI/PEEK共混物為不相容體系；隨TPI含量的減小，共混體系中PEEK的結(jié)晶溫度和熔點(diǎn)分別升高，而結(jié)晶度降低，X射線衍射的結(jié)晶峰越來越明顯，峰面積也隨之增大。 為了與PEEK/TPI共混物進(jìn)行比較，還考察了PEEK與PEI共混物的相容性和結(jié)晶性能等。結(jié)果表明：PEEK/PEI共混物完全相容