聚酰亚胺的研究及应用进展

聚酰亚胺的填充改性研究进展

摘 要 介绍聚酰亚胺材料的主要特点及其应用领域。针对近期PI树脂的改性,包括无机填料、金属及金属氧化物、纳米材料和杂化填料对PI的改性研究进行了较为系统地概述。最后针对我国PI生产及研究现状提出了相应的建议。

关键词 聚酰亚胺,无机填料,金属及金属氧化物,纳米材料,杂化填充

聚酰亚胺(PI)是一类综合性能非常优异的聚合物,由于其具有优异的耐高温、耐低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定、低热膨胀系数、高电绝缘、低介电常数与损耗、耐辐射、耐腐蚀等优点而被广泛应用于微电子工业和航空航天材料中。聚酰亚胺的不足之处是不溶、不熔、加工成型难、成本高等,故又限制了其使用。目前,改性聚酰亚胺主要有组成、结构改造、共聚、共混、填充等方法,其中填充改性是一种简单有效的方法,既可保持其优点又可利用复合效应改善和克服纯PI的缺陷从而提高其综合性能。在PI中加入不同的填料,可以显著提高其机械强度、硬度及耐磨性。目前常用的填料主要有无机填料、金属及金属氧化物、纳米粒子、杂化填料等,本文对不同填料填充的PI的性能进行了阐述。

1 无机填料填充PI

无机纳米材料因具有很低的热膨胀系数和较低的吸水性,故非常适合于对PI的改性[1]。目前,无机填料主要包括玻璃纤维(GF)、碳纤维、石墨、二硫化钼(MoS2)、二氧化硅(SiO2)、陶瓷颗粒等。宋艳江等[2]对玻璃纤维(GF)填充聚酰亚胺复合材料弯曲性能进行了研究,结果发现:刚性填料玻璃纤维改性热塑性聚酰亚胺能明显地提高材料的玻璃化转变温度(Tg)。此外,对聚合物分子链热运动有较强阻碍作用,能较大提高复合材料在高温下的弯曲强度和弯曲模量。在温度为225℃时,复合材料的力学强度保留率在60%以上,并且随填料含量的增加效果更加显著;在相同含量时,长玻璃纤维由于其连续性好能更好地承载应力,较短玻璃纤维增强作用则更为明显。贾均红等[3]考察了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强PI复合材料在干摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。结果表明:碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强P复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。并且材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,由于摩擦副表面吸附或存留水分的边界润滑作用,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低。高鑫等[4]采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,并考察了经复合处理后碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的力学性能。结果表明:经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高111 34%,弹性模量提高1091 2%,弯曲强度提高181 78%,冲击强度提74115%。 黄丽坚等[5]考察了石墨填充复合材料的力学性能及干摩擦和三种油润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明:石墨的加入降低了复合材料的弯曲强度和拉伸强度;干摩擦条件下复合材料摩擦系数随着石墨含量的增大稳步降低最终保持在01 1左右;石墨含量为30%时,复合材料磨损率仅为纯树脂的21 9%;油润滑条件下复合材料的摩擦系数相比干摩擦降低了一个数量级;三种润滑油均能在偶件表面形成稳定吸附膜,由于润滑油性质的差异导致材料摩擦磨损性能有所不同。二硫化钼(MoS2)作为具有代表性的传统自润滑材料已广泛应用于多种聚合物材料的填充改性,将其与PI混合所制成的复合材料具有较好的摩擦磨损性能。朱敏等[6]研究了不同体积含量MoS2对PI复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:添加不同体积含量的MoS2均可有效降低PI复合材料的摩擦系数;同时,PI复合材料的摩擦系数随MoS2添加量的增加而降低。此外,MoS2填充PI复合材料的摩擦磨损性能与其在偶件表面的转移膜密切相关,只有当偶件表面形成一定厚度且分布比较均匀的转移膜时,PI复合材料才具有良好的减摩和耐磨性能。此外,在聚酰亚胺中加入金属盐、金属络合物或金属无化合物均可得到性能变化范围较宽的一系列聚酰亚胺。例如:在聚酰亚胺中加入锑盐[7]可形成交联网络结构,并且将交联的聚酰胺酸与未交联的聚酰胺酸混合后经热酰亚胺化处理,可得到聚酰亚胺合金,该合金具有优良的机械性能。

- 1 - 聚酰亚胺折射率

聚酰亚胺是一种高性能的聚合物材料，具有优异的力学性能、高温稳定性和化学稳定性等特点，在航空航天、电子、光学等领域得到广泛应用。其中，聚酰亚胺的折射率是其重要的光学性能之一，本文将对聚酰亚胺折射率的研究进展进行综述。

一、聚酰亚胺的基本特性

聚酰亚胺是一种高分子化合物，其分子结构中含有重复的亚苯基酰亚胺单元。聚酰亚胺材料具有高的热稳定性、高的力学性能、高的化学稳定性和低的介电常数等特点。因此，聚酰亚胺材料被广泛应用于航空航天、电子、光学等领域。

二、聚酰亚胺折射率的研究进展

聚酰亚胺材料的折射率是其重要的光学性能之一，对于光学器件的设计和制造具有重要意义。目前，关于聚酰亚胺折射率的研究主要集中在以下几个方面。

1.聚酰亚胺折射率的测量方法

聚酰亚胺材料的折射率可以通过多种方法进行测量，包括自制折射仪法、样品比较法、植入波导法、自聚焦法、石英晶体微天平法等。其中，自制折射仪法是目前应用最广泛的方法之一。该方法通常采用平板波导结构，通过测量波导的传输特性来获得聚酰亚胺材料的折射率。

2.聚酰亚胺折射率与分子结构的关系

聚酰亚胺材料的折射率与其分子结构密切相关。研究表明，聚 - 2 - 酰亚胺分子中的亚苯基环数、亚苯基取代基、酰亚胺取代基等因素都会影响其折射率。此外，聚酰亚胺的交联程度、分子量等因素也会对其折射率产生影响。

3.聚酰亚胺折射率的温度依赖性

聚酰亚胺材料的折射率随温度的变化而发生变化，具有一定的温度依赖性。研究表明，聚酰亚胺的折射率随温度的升高而降低，这与聚酰亚胺分子的结构变化有关。

4.聚酰亚胺折射率的应用

聚酰亚胺材料的折射率在光学器件的设计和制造中具有重要意义。例如，在光学通信领域中，聚酰亚胺波导器件可以用于光纤通信系统中的光路调制、分路、耦合等应用。此外，聚酰亚胺材料还可以用于制造光学薄膜、光学透镜、光学偏振器等光学器件。

热固性聚酰亚胺研究进展

摘要：热固性聚酰亚胺作为一类先进的基体树脂，在航空航天、印制电路板、高温绝缘材料等领域的应用不断扩大。相对于热塑性聚酰亚胺来说，热固性聚酰亚胺具有更好的可加工性能。而且，其加工窗口温度可通过变换不同反应性端基来实现。若选用合适的反应性端基，其在固化时无小分子挥发物放出。对热固性聚酰亚胺的研究现状分类作了综述，对降冰片烯、烯丙基降冰片烯、乙炔基、苯乙炔基、马来酰亚胺、苯基马来酰亚胺、苯并环丁烯等封端型热固性聚酰亚胺的研究进展进行了重点阐述。【1】。

关键字： 聚酰亚胺 热固性 封端剂 发展

概述

当世界上对芳环和杂环结构的高温聚合物的研究仍然相当活跃，尤其在高技术材料领域离不开高温聚合物的开发，如聚苯硫醚、聚醚矾、聚苯并咪哇、聚苯并唾哇、聚苯并哇、聚唾握琳和聚酰亚胺等，其中最为成功的材料数聚酸亚胺。聚酰亚胺原料易得价廉，机械性能、电学性能和摩擦性能等优异，被广泛应用于各个领域，其形式可以是纤维、薄膜和塑料等，其中用作复合材料的树脂基体成为重要的一部分。聚酰亚胺的复合工艺通常是把聚酞胺酸溶于极性溶剂如N一甲基毗咯烷酮、二甲基甲酞胺，用其浸渍纤维，最后亚胺化并压制成品。由于溶剂存在(亲和性好，极难除尽)会引起增塑，环化产生的水易导致形成多孔材料，影响最终材料的高温性能，因此，热固性聚酰亚胺引起研究者极大兴趣。热固性聚酰亚胺是一种含有亚胺环和反应活性端基的低分子量物质或齐聚物，在热或光引发下发生交联而无小分子化合物放出。按其结构可分为：降冰片烯封端的聚酰亚胺、乙炔封端的聚酰亚胺、苯并环丁烷封端的聚酰亚胺和马来酸醉封端的聚酸亚胺。

众所周知，环氧树脂加工性能优良，但温/湿性能差，而热固性聚酰亚胺兼有优异的耐热性能和加工性能，近几年来发展迅速。人们预言热固性聚酰亚胺将替代环氧树脂，把材料的性能等级提高一步。以下就热固性聚酰亚胺发展、应用和前景作些讨论【23】。

聚酰亚胺的研究进展

含乙炔基封端的聚酰亚胺

技术进展　荫机以荫斟，２０１１，２５（２）：１２１～１２５　

ＳＩＬＩＣＯＮＥ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　

含硅聚酰亚胺的合成与应用研究进展　

李静　，吴　军　，范守成　，黄世强　

（１．湖北大学材料科学与工程学院，武汉４３００６２；　２．湖北神农磷业科技股份有限公司，湖北神农架４４３０００）　

摘要：综述了含硅聚酰亚胺的合成及应用的研究进展。　关键词：聚酰亚胺，硅氧烷，ｌ，３一二（ｙ一氨丙基），１，１，３，３一甲基二硅氧烷　

中图分类号：ＴＱ２６４．１　７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９～４３６９（２０１１）０２—０１２１—０５　

众所周知，聚酰亚胺是分子主链上含有酰亚　

胺环状结构的耐高温聚合物，由于具有优异的综　

合性能，可以通过多种途径合成及多种加工成型　

方法，所以在航空航天、电子电气、微电子等领　

域有广泛的应用。然而随着航空航天、电子领域　

的飞速发展，对聚酰亚胺的性能不断提出新的要　

求，即需要更好的耐高低温性能，更优异的溶解　

性、粘接性，更好的成型加工性能，更低的吸湿　

率及更低的介电常数等，故合成新的聚酰亚胺或　

改性聚酰亚胺成为人们关注的焦点。　

在聚酰亚胺的众多改性产品中，含硅聚酰亚　

胺是较成功的改性产品之一，特别是在可溶性、　

粘合性、吸湿性、电绝缘性能等方面更具优势，　

因而越来越为人们所关注。本文综述了含硅聚酰　

亚胺的合成及应用方面的研究进展。　

１　含硅聚酰亚胺的合成　

１９６６年，Ｖ．Ｈ．Ｋｕｃｋｅｒｔｚ首先由均苯四甲酸　

二酐（ＰＭＤＡ）和１，３一双（ｙ一氨丙基）一１，１，　

３，３一四甲基二硅氧烷反应制得含硅聚酰亚　胺Ｌｌ　Ｊ。之后，以同样的方法合成出热塑性含硅　

聚酰亚胺，并成功地用作高强粘接剂和模　

塑料　。　

１９６７年，美国通用电气公司利用苯酮二酐　

（ＢＴＤＡ）和　，（ｃＪ一二氨基聚硅氧烷制得了系列　含硅聚酰亚胺共聚物　ｊ。随后出现了含Ｏｔ，　一　

二氨基聚硅氧烷与二醚二酐（ＤＥＤＡ）的含硅聚　

酰亚胺　Ｊ。采用联苯四酸二酐可得到二甘醇二