聚酰亚胺复合膜综述
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- 8 -高 新 技 术聚酰亚胺是芳香杂环聚合物,其耐热性、机械性和耐化学性较好,已广泛应用于航空、航天、核电和微电子领域。
由于分子结构中存在电荷转移配合物(CTC ),因此常见的芳香族聚酰亚胺材料在可见光区的透射率较低[1]。
此外,分子结构上存在具有亲水性的亚胺环,它具有较高的吸湿性。
这些问题限制了其在光学领域的应用范围。
轻量化光学系统迫切需要具有良好透光性、均匀性和表面疏水性的高性能聚酰亚胺膜(PI )。
在惯性约束聚变物理试验中,超薄聚合物膜是国家点火装置(NIF )常用的靶材,典型的是各种窗户或帐篷[2]。
在许多研究中,为了提高聚合物衬底的性能,研究者对多层聚合物-无机复合材料进行了研究[3]。
聚合物膜上的无机层可以起到互补涂层成分的作用,可以提供理想的性能,例如高透光率、高导电性和高导热性的聚合物。
二氧化硅膜通常作为抗反射材料用于镜面基材料,并有助于形成疏水表面。
与传统的物理气相沉积、化学气相沉积相比,溶胶-凝胶法更便宜,更便于大面积涂覆。
该文主要研究了采用简单、高效的溶胶-凝胶法制备SiO 2-聚酰亚胺-SiO 2复合膜(PI-SiO 2)。
成功地在聚酰亚胺膜的两侧涂覆了均匀性良好的SiO 2层。
通过比较光学性能、亲疏水性、热学性能和力学性能,有助于了解SiO 2层对复合薄膜性能的影响。
1 材料与方法1.1 试剂4,4′-二氨基苯并苯胺(DABA ,98%)、4,4′-二氨基-2,2′-二甲基联苯(TMDB ,98%)、3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐(BPDA ,98%)和N ,N-二甲基乙酰胺(DMAC ,99%)购自中国上海TCI 试剂公司;3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯(MPS ,97%)、盐酸(HCl )、正硅酸四乙酯(TEOS ,98%)、乙醇(99.8%)、正丁醇(99.8%)、氢氧化铵溶液(28%)和2-羟基-2-甲基丙烯酮(97%)购自Aladin 试剂(中国上海)。
聚酰亚胺-M_xO_y复合薄膜的制备及光催化性能研究随着环境污染和能源危机的日益严重,光催化技术作为一种绿色环保的方法,受到了广泛关注。
在光催化过程中,光催化材料的选择至关重要。
聚酰亚胺/M_xO_y复合薄膜作为一种新型光催化材料,具有优异的光催化性能,因此备受研究者的关注。
本研究以聚酰亚胺为基材,通过溶液法制备了一系列不同含量的M_xO_y复合薄膜。
为了探究不同含量的M_xO_y对复合薄膜光催化性能的影响,我们对样品进行了一系列的表征和光催化性能测试。
首先,通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,随着M_xO_y含量的增加,复合薄膜的表面变得更加均匀且致密,颗粒大小逐渐变小。
这种改善的表面形貌有利于光的吸收和反射,从而提高光催化性能。
其次,我们使用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了复合薄膜的光吸收性能。
实验结果表明,复合薄膜在可见光范围内具有较高的吸收率,这可以归因于M_xO_y的引入增加了材料的吸光能力。
此外,紫外光吸收边向可见光区域移动,进一步证明了复合薄膜的光催化性能的提高。
最后,我们通过光催化降解有机染料来评估复合薄膜的光催化性能。
实验结果显示,随着M_xO_y含量的增加,复合薄膜的光催化活性显著提高。
这是因为M_xO_y的引入增加了复合薄膜的光吸收能力,促进了光生电子和空穴对的产生,并提高了光催化反应的速率。
综上所述,本研究成功制备了聚酰亚胺/M_xO_y复合薄膜,并研究了其光催化性能。
结果表明,通过引入适量的M_xO_y,可以显著提高复合薄膜的光催化活性。
这为开发高效的光催化材料提供了新的思路和方法,对于解决环境污染和能源危机具有重要意义。
薄膜复合(tfc)聚酰胺脱盐膜的上限薄膜复合(TFC)聚酰胺脱盐膜是一种应用广泛的膜技术,用于海水淡化、废水处理和其他水处理过程中去除盐分和污染物。
TFC聚酰胺膜的上限是指其性能和适用范围的极限。
本文将探讨TFC膜的上限,包括其制备及性能、应用领域、挑战和未来发展方向等方面。
TFC聚酰胺膜是一种复合膜,由聚酰亚胺薄膜层和聚酰胺非溶剂逆渗透层组成。
聚酰亚胺薄膜通过有机溶剂法制备,可形成具有孔隙结构的支撑层,提供膜的机械强度和稳定性。
而聚酰胺非溶剂逆渗透层是通过溶液浸渍和交叉聚合制备而成,具有高排盐性能和低污染传质的特点。
TFC膜制备过程中需要控制各层的厚度和相互作用,以保证膜的性能和适用范围。
TFC聚酰胺膜具有许多优点,使其成为膜技术的重要发展方向。
首先,TFC膜具有高盐分去除率和高水通量,可以实现高效的海水淡化和废水处理。
其次,TFC膜具有良好的化学和机械稳定性,能够耐受各种环境和操作条件。
此外,TFC膜制备工艺相对简单,适用于批量生产和大规模应用。
TFC聚酰胺膜在水处理领域有广泛的应用。
海水淡化是其中最主要的应用之一。
目前,全球许多地区面临水资源短缺问题,而海水淡化被认为是解决淡水资源短缺问题的有效途径。
TFC膜具有高排盐率和低能耗特点,成为海水淡化中最常用的膜技术之一。
此外,TFC膜还广泛应用于废水处理、工业回用水处理和纯水生产等领域。
然而,TFC聚酰胺膜仍然面临一些挑战。
首先,TFC膜制备的成本较高,包括原料成本和制备工艺成本。
其次,TFC膜容易受到污染物的积聚和结垢,降低其性能和使用寿命。
此外,TFC膜在高盐度条件下的性能和稳定性仍有待提高。
为了克服这些挑战,TFC聚酰胺膜的研究和开发正在不断进行。
研究人员正在寻找更好的制备方法和材料,以提高TFC膜的性能和适用范围。
例如,改进制备工艺和控制膜的结构可以增强其阻隔性能和抗污染能力。
此外,引入新的功能材料和表面修饰可以改善TFC膜的选择性和稳定性。
聚酰亚胺取向纳米复合膜的制备、结构与性能研究一、本文概述随着纳米科学与技术的迅猛发展,纳米复合材料因其独特的物理、化学和机械性能,在众多领域如航空航天、电子信息、生物医疗等展现出广阔的应用前景。
聚酰亚胺(PI)作为一种高性能聚合物,因其优良的绝缘性、高温稳定性、良好的机械性能等特点,被广泛应用于航空航天、电子信息等领域。
然而,单一的聚酰亚胺材料在某些性能方面仍有待提升,因此,通过纳米复合技术改善聚酰亚胺的性能成为了当前研究的热点。
本文旨在探讨聚酰亚胺取向纳米复合膜的制备技术、微观结构以及性能表现。
我们将介绍聚酰亚胺的基本性质和应用背景,阐述纳米复合材料的研究意义。
接着,我们将详细介绍聚酰亚胺取向纳米复合膜的制备方法,包括原料选择、纳米填料的分散与取向、复合膜的制备工艺等。
在此基础上,我们将分析复合膜的微观结构,包括纳米填料的分散状态、取向程度以及界面结构等。
我们将研究复合膜的性能表现,包括力学性能、热学性能、电学性能等,并探讨其性能提升机制。
本文的研究成果将为聚酰亚胺纳米复合材料的制备与应用提供理论依据和技术支持,有望推动高性能聚合物材料的发展及其在相关领域的应用。
二、聚酰亚胺取向纳米复合膜的制备聚酰亚胺(PI)取向纳米复合膜的制备过程是一个复杂而精细的技术过程,涉及到高分子材料科学、纳米技术和薄膜制备技术等多个领域。
本章节将详细介绍聚酰亚胺取向纳米复合膜的制备过程,包括原料选择、溶液配制、纳米填料分散、涂布成膜以及热处理等关键步骤。
选择高质量的聚酰亚胺作为基体材料,这是制备高性能纳米复合膜的基础。
聚酰亚胺具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能,是制备取向纳米复合膜的理想选择。
接下来,将纳米填料(如纳米粒子、纳米纤维等)与聚酰亚胺溶液进行混合。
在这一步中,纳米填料的种类、尺寸和分散性对最终复合膜的性能具有重要影响。
因此,需要通过超声波、搅拌等方法将纳米填料均匀分散在聚酰亚胺溶液中,以确保纳米填料在复合膜中的均匀分布。
研究耐电晕聚酰亚胺薄膜的发展概况1 耐电晕聚酰亚胺薄膜的应用聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一, 在电工行业主要用于电机的槽绝缘以及电线电缆的包覆材料。
国外产品主要有杜邦的Kapton、宇部兴产的UPIlex系列和钟渊的APIcal。
聚酰亚胺薄膜是目前耐热性最好的有机薄膜, 可在555。
C短期内保持其物理性能, 长期使用温度达200。
C以上。
不仅如此, 聚酰亚胺薄膜的电气性能、耐辐射性能和耐火性能也十分突出。
在高新技术的发展中, 特别是航空航天工业、电子电气工业和信息产业的发展中, 聚酰亚胺薄膜发挥了非常重要的作用。
但聚酰亚胺由于其本身是有机高聚物, 耐电晕性不高, 这就限制了它在高压发电机、高压电动机、脉宽调制供电的变频电机等工业上的应用[1 - 2 ]。
2 耐电晕聚酰亚胺薄膜概况自从1994 年杜邦公司推出耐电晕聚酰亚胺( KaptonCR) 薄膜和含氟聚酰亚胺( KaptonFCR) 耐电晕薄膜以来, 耐电晕材料的制备、性能以及纳米材料在耐电晕性能的提高方面所起的用成为各国学者研究的热点之一。
杜邦公司K aptonCR采用50~500 nm 的气相氧化铝填充聚酰亚胺薄膜, 使该薄膜的耐电晕性能提高了10 倍以上[3 ]。
目前杜邦公司的Kapton薄膜仍然占据主导地位。
除常用的K apton薄膜外, 杜邦公司又开发了半导体型、导热型、热收缩型、电荷转移型、耐电晕型、高粘型和自粘型等多种牌号约30 余种规格的Kap-ton 薄膜产品。
我国1995 年后相继由株洲机车研究所、哈尔滨大电机研究所分别在高速电力机车电机绝缘、高压主泵F 级电动机新型绝缘上应用了杜邦公司的KaptonCR耐电晕聚酰亚胺薄膜。
哈尔滨理工大学1995 年与哈尔滨大电机研究所合作采用美国Dupont公司KaptonCR薄膜制作核电主泵F 级电动机新型绝缘结构, 满足了/ 核电0 工程的技术要求。
常熟电磁线总厂于1997年采用杜邦公司的KaptonCR耐电晕聚酰亚胺薄膜制成的绕包线, 绝缘厚度薄, 导热性与耐热性高, 耐电晕性能好, 质量稳定, 达到国际领先水平。
聚酰亚胺复合材料的应用研究进展摘要:聚酰亚胺属于具备一定耐高温性能、耐腐蚀性能、力学性能的材料,目前主要应用在航空航天领域、微电子领域、液晶显示领域中,取得了良好的成绩,但是,将其应用在航空航天、导电带的电磁屏幕外罩制造方面、军工用防静电服与防尘服的制造方面,存有缺陷问题,在此情况下,开始应用聚酰亚胺复合材料,不仅能够缓解目前的问题,还能促使各个生产领域中材料的良好运用,具有重要的意义和作用。
关键词:聚酰亚胺;复合材料;研究综述聚酰亚胺主要分成缩聚类型、加聚类型两种,当前在相关材料制备的过程中主要进行阻燃纤维、微孔隔膜的制备处理,具有一定的应用价值和发展意义,而且在材料实际应用的过程中,主要应用在造纸化学品领域、浸渍纸领域中,有着一定的应用价值。
1聚酰亚胺复合材料的制备现状对于相关复合材料的制备来讲,由于性能和聚酰亚胺的复合物质存在一定的差异性,所以,制备的方式也有所不同,聚酰亚胺复合材料制备期间主要的现状为:1.1.阻燃纤维的制备上个世纪六十年代,通过二步法先进行聚酰胺酸溶液的制备,将其作为纺丝液,采用湿法纺丝的形式或者是干法纺丝的形式进行处理,之后将初生丝转变成为聚酰亚胺纤维复合型材料。
1967年的时候,西方发达国家使用湿法纺丝的技术措施制备了聚酰亚胺纤维,经过检测可以发现其断裂强度能够控制在6.0,其的初始模量能够控制在72,可以将断裂的伸长率维持在百分之十三左右,在性能裹征方面的热力学性能较为良好、化学稳定性能很高,之后就被当做是阻燃性的材料广泛的进行应用。
1.1.微孔隔膜复合材料的制备此类制备工艺主要是将N-二甲基乙酰胺当做是溶剂,在操作的过程中制备出纯度较高的聚酰胺酸溶液,之后利用涂膜固化的方式、程序化升温的方式等,使其能够达到酰亚胺化的目的,获得到纯度很高的聚酰亚胺薄膜。
具体制备期间,聚酰亚胺薄膜中设置正硅酸四乙酯材料进行处理,实现溶胶-凝胶方面的一系列反应,然后借助热酰亚胺化的技术措施,制备二氧化硅含有数量存在差异性的聚酰亚胺/二氧化硅的复合材料薄膜,之后将其中的二氧化硅去除之后,就能够获得到相应的聚酰亚胺微孔隔膜材料,经过科学化的制备、合理性的生产,确保材料的质量[1]。
聚酰亚胺薄膜系列
本系列产品包括聚酰亚胺薄膜,聚酰亚胺模塑粉和模压塑料,复铜板等,能在-269℃~+250℃温度范围内长期使用,是目前高分子材料中综合性能最好,耐热等级最高的合成材料。
聚酰亚胺薄膜及其复合薄膜产品说明书
聚酰亚胺薄膜(H膜)是由均苯四甲酸二酐和二胺基二苯醚在高极性溶剂中缩聚再经成膜而成的耐热薄膜;复合薄膜(HF、FHF膜)是聚酰亚胺薄膜单面或双面涂以F-46树脂而成。
聚酰亚胺薄膜及其复合薄膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性,能在-269℃~250℃的温度范围内长期使用。
复合薄膜还具有高温自粘封的特点。
它们可作耐高温柔性印刷电路基材、扁平电路、电线、电缆、电磁线的绝缘层以及用作各种电机的绝缘等。
目前已广泛地应用于宇航、电机、运输工具、常规武器、车辆、仪表通讯、石油化工等工业部门。
应用情况 可用作航空导线,石油钻探,海洋采掘,轧钢等机电设备,是优异的耐高温电气绝缘材料。
二、注童事项
该产品应密封干燥条件下存放.使用期为二年,二年后经复测,性能合格仍可继续使用。
三、包 装
按需要提供。
聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜的制备与性能研究韩文松【摘要】首先将3-氨丙基三乙氧基硅烷与凹凸棒土进行反应,得到氨基改性的凹凸棒土( A-ATT),再将A-ATT按不同比例与酐封端的聚酰胺酸进行反应,最后经热酰胺化过程,得到一系列聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜。
采用红外光谱(FT-IR)、动态光散射(DLS)、紫外光谱(UV-vis)、热重分析(TGA)、和动态机械热分析仪(DMTA)对合成的改性凹凸棒土和聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜进行了表征。
UV-vis光谱表明,通过向聚酰亚胺薄膜中添加A-ATT可以改变聚酰亚胺薄膜的透光性。
TGA测试结果表明,随着A-ATT含量的增加,聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜的热稳定性有所提高。
由机械性能测试可知,当加入少量A-ATT时,聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜的杨氏模量和拉伸性能有所提高,当A-ATT含量大于2.0%时,聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜的机械性能有所下降。
%The attapulgite was modified by using 3-aminopropyl triethoxysilane ( APTES) as coupling a-gent and the amino modified attapulgite ( A-ATT) was prepared at first.Then, the A-ATT reacted with the an-hydride groups of polyamide acid.Finally, a series of ATT@PI composites were obtained by thermal imidiza-tion.The structures and properties of the A-ATT andATT@PI composites were characterized by Fourier trans-form infrared spectrometer ( FT-IR ) , laser light scattering, UV-vis spectra, thermogravimetric analysis ( TGA) and dynamic mechanical thermal analysis ( DMTA) .UV-vis spectra results showed that the optical transparency of the ATT@PI composites could be changed by adding A-ATT to the polyimide matrix.The TGA results showed that the thermalstabilities of the ATT@PI composites can be improved by adding a small amount of A-ATT.More over, the Young’ s modulus and tensile strength of ATT@PI composites can be im-proved by adding a small amount of A-ATT, whereas weakened by more than 2%A-ATT loading.【期刊名称】《陕西理工学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P6-10)【关键词】聚酰亚胺;凹凸棒土;改性;聚酰亚胺/凹凸棒土复合薄膜【作者】韩文松【作者单位】陕西理工学院材料科学与工程学院,陕西汉中723000【正文语种】中文【中图分类】TQ316.6+2;O631近几十年来,有机-无机纳米复合材料受到人们的广泛关注,各种各样的无机纳米粒子被引入到聚合物中,以提高聚合物材料的物理和机械性能[1-3]。
聚酰业胺基复合膜的制备及性能研究综述一.前言随着科学技术的发展,对材料性能提出了越来越高的要求。
聚酰亚胺是一种重要的工程塑料,具有良好的综合性能,是耐热等级最高的聚合物材料之一,广泛应用在航天航空、电子电气等产业中。
钛酸钡(BaTiO3)是一种具有钙钛矿结构(ABO3)的介电材料,它具有铁电、压电、高介电常数和正温度系数效应等优异的电学性能,因此它成为高介电陶瓷电容器的主要原材料,而且关于钛酸钡及掺杂钛酸钡的制备和介电性能研究也一直是研究的热点。
有机一无机复合材料综合了有机物和无机物各自的优点,在力学、热学、光学、电磁学及生物学等方面具有许多优异的性能,已经成为国内外新型复合材料研究的热点。
其中聚合物/陶瓷复合材料就是重要的一类复合材料,它结合了陶瓷材料和聚合物材料的优点,通过制备研究,有望得到机械性能优良、成型工艺简单的高介电复合材料,是一种很有发展前景的电子材料。
二.研究总结现代电力系统和电子器件与产品对材料的介电性能和产品质量提出了更高的要求,希望向轻型化、薄型化、小型化、低能耗等方向发展。
就电介质材料而言,减少电介质材料体积,提高电解质材料容量一直是追求的目标。
目前,对容易大面积加工的柔性高介电常数,低损耗薄膜的研究越来越受到人们的关注。
聚酰亚胺薄膜自上世纪60年代投入应用以来,以其优异的热性能,绝缘性能、介电性能和机械性能等使其成为电子,化工和航天等工业领域的首选高分子材料。
自美国杜邦公司首先实现聚酰亚胺工业化生产以来,各大公司随后也相继开发和生产了聚酰亚胺树脂及薄膜。
我国目前的聚酰亚胺树脂及薄膜的生产规模较小,价格和成本较高,产品的质量也有一定差距,利润空间已经很小,聚酰亚胺薄膜的市场需求已趋于饱和。
因此,进一步提高产品质量,拓展聚酰亚胺的新用途,提高在国际上的竞争能力,将成为今后我国聚酰亚胺工业发展的重点,也是需要广大研究者关注的课题。
聚酰亚胺是一种重要的工程塑料,对其改性探究,一直都是各国研究的焦点。
聚酰亚胺膜的制备与应用研究一、聚酰亚胺膜的概述聚酰亚胺膜(Polyimide membrane)是一种高分子薄膜材料,具有优异的物理化学特性,倍受工业应用和科学研究的关注。
它的制备工艺和性能调控已经被广泛研究和应用。
聚酰亚胺具有许多优良的物理化学性质,如高温稳定性、高机械强度、抗化学腐蚀和低湿性等,并且广泛用于高温、低温、真空、高压、强电等特殊环境下的膜分离、膜反应、电子、信息、生物制造等众多领域。
聚酰亚胺膜的研究既可以提高其基本性能,也可以开发新的应用技术。
二、聚酰亚胺膜的制备聚酰亚胺膜的制备方法主要有两种,分别是溶液浇铸法和干法,它们各自具有不同的优缺点和适用范围。
1.溶液浇铸法要制备聚酰亚膜,首先需要准备聚酰亚胺高分子的前体聚合物。
聚酰亚胺高分子一般由带酰亚胺基的二元(或多元)芳香酸酐与带有芳香胺基的二元(或多元)芳香胺或带有芳香基的多元醇交联形成,聚酰亚胺前体聚合物可以通过开环聚合合成得到,这一方面是因为其自身的深色使其难以对聚合物的颜色进行准确控制,另一方面是因为开环聚合法不需要在反应中使用任何催化剂,减少了甚至避免了污染问题。
在聚合物筛选中,常用的芳香酸酐有邻苯二甲酸二异丙酯(BPDA),4,4'-氧气化二苯乙烷二羧酸二乙酯(ODA)等,而芳香胺则有4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、1,3-苯二胺(PDA)等,不同的芳香酸酐与芳香胺的组合可以得到不同的聚合物,具有不同的热学处理温度与聚酰胺碳后热稳定性。
制备过程中先将聚酰亚胺高分子前体聚合物与相应的溶剂混合,旋转混合并移除杂质,之后将浆料浇铸于平板上,利用旋涂、风刮或气刮工艺等将浆料均匀涂覆在基底上。
在调整成膜淮备后,将浆料在烘箱中先进行热膜成型,再用热压技术制备成聚酰亚胺膜。
优点:该方法组装简便,适用于大规模生产。
缺点:浪费大量有机溶剂,易引起环境污染。
2.干法干法是制备聚酰亚胺膜的另外一种方法。
干法制备膜的特点是通过高温纯净化、压制或拉丝预处理来形成胶体晶体,然后聚合反应,进一步进行还原处理和热压力制备成聚酰亚胺膜。
专利名称:一种消光性聚酰亚胺复合膜专利类型:实用新型专利
发明人:李湘南
申请号:CN201520112796.X
申请日:20150216
公开号:CN204488161U
公开日:
20150722
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型涉及一种消光性聚酰亚胺复合膜,由消光性聚酰亚胺薄膜和复合增强层构成,所消光性聚酰亚胺薄膜为两层,所述复合增强层夹置于两层消光性聚酰亚胺薄膜之间,所述消光性聚酰亚胺薄膜包含黑色着色剂,所述复合增强层包括至少一层由热固性聚酰亚胺树脂和复合纤维构成的层,所述复合纤维具有皮芯结构,所述芯层为无机纤维,所述皮层为热塑性聚酰亚胺树脂。
本实用新型的消光性聚酰亚胺薄膜具有界面粘结强度高、抗弯曲性能优异、不易翘曲等优点,同时具有遮蔽电路的效果,特别适用于保护电路图案的电子产品。
申请人:李湘南
地址:264003 山东省烟台市莱山区海普路8号A座108室
国籍:CN
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1前言1.1聚酰亚胺1.1.1概述聚酰亚胺( PI) 是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物材料, 有十分稳定的芳杂环结构,使其体现出其他高分子材料所无法比拟的综合性能[1]。
其的优异性能很大程度上取决于预聚体聚酰胺酸的分子质量以及亚胺化程度等因素[9]。
聚酰亚胺的合成方法可以分为两类,第一类是在聚合过程中,或在大分子反应中形成酰亚胺环;第二类是以含有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。
由于合成聚酰亚胺的单体种类多种多样,聚酰胺化分热环化和化学环化两种,这样,合成途径便多样,可以制备出一系列不同结构和性能的聚酰亚胺,结构式如图1.1所示。
图1.1 聚酰亚胺分子式Figure 1.1 polyimide molecular formula聚酰亚胺性能拔尖,具有多种途径;且应用领域极其广泛[1]。
其主要性能如下:(1)优异的耐高温性能,对于全芳香聚酰亚胺,其开始分解温度一般都在500℃左右,是热稳定性能最高的品种之一;(2)可耐极低温,在-269℃的液态氮中仍不会脆裂;(3)良好的机械性能,未填充的塑料的抗张强度都在100MPa以上,作为工程塑料,弹性模量通常为3~4GPa,纤维可达200 GPa;(4)可以利用碱性水解回收二胺和二酐;(5)低热膨胀系数;高耐辐照性能;很好的介电性能,介电常数为3.4左右;(6)良好的自熄性,发烟率低;(7)极高的真空下放气量很少;(8)无毒可用来制餐具或医疗器具,经得起千次消毒,某些聚酰亚胺具有很好的生物相容性等等。
由于上述聚酰亚胺性能和合成化学上的特点,使其具有广阔的应用,塑料、复合材料、薄膜、胶粘剂、纤维、泡沫、液晶取向剂、分离膜、光刻胶等,聚酰亚胺在每一个应用领域都显示了其突出的性能,在许多领域已成为不可替代的材料[3]。
1.1.2国内外发展状况20 世纪60 年代初杜邦公司推出的Kapton 聚酰亚胺薄膜(PMDA -ODA 型) , 它具有优良的机械、电、热性能, 被广泛应用于电工、微电子和机械化工等行业; 又由于它良好的耐辐射性, 在航空、航天等尖端技术领域也得到应用。
聚酰业胺基复合膜的制备及性能研究综述
一.前言
随着科学技术的发展,对材料性能提出了越来越高的要求。
聚酰亚胺是一种重要的工程塑料,具有良好的综合性能,是耐热等级最高的聚合物材料之一,广泛应用在航天航空、电子电气等产业中。
钛酸钡(BaTiO3)是一种具有钙钛矿结构(ABO3)的介电材料,它具有铁电、压电、高介电常数和正温度系数效应等优异的电学性能,因此它成为高介电陶瓷电容器的主要原材料,而且关于钛酸钡及掺杂钛酸钡的制备和介电性能研究也一直是研究的热点。
有机一无机复合材料综合了有机物和无机物各自的优点,在力学、热学、光学、电磁学及生物学等方面具有许多优异的性能,已经成为国内外新型复合材料研究的热点。
其中聚合物/陶瓷复合材料就是重要的一类复合材料,它结合了陶瓷材料和聚合物材料的优点,通过制备研究,有望得到机械性能优良、成型工艺简单的高介电复合材料,是一种很有发展前景的电子材料。
二.研究总结
现代电力系统和电子器件与产品对材料的介电性能和产品质量提出了更高的要求,希望向轻型化、薄型化、小型化、低能耗等方向发展。
就电介质材料而言,减少电介质材料体积,提高电解质材料容量一直是追求的目标。
目前,对容易大面积加工的柔性高介电常数,低损耗薄膜的研究越来越受到人们的关注。
聚酰亚胺薄膜自上世纪60年代投入应用以来,以其优异的热性能,绝缘性能、介电性能和机械性能等使其成为电子,化工和航天等工业领域的首选高分子材料。
自美国杜邦公司首先实现聚酰亚胺工业化生产以来,各大公司随后也相继开发和生产了聚酰亚胺树脂及薄膜。
我国目前的聚酰亚胺树脂及薄膜的生产规模较小,价格和成本较高,产品的质量也有一定差距,利润空间已经很小,聚酰亚胺薄膜的市场需求已趋于饱和。
因此,进一步提高产品质量,拓展聚酰亚胺的新用途,提高在国际上的竞争能力,将成为今后我国聚酰亚胺工业发展的重点,也是需要广大研究者关注的课题。
聚酰亚胺是一种重要的工程塑料,对其改性探究,一直都是各国研究的焦点。
随着高新科技的发展,普通聚酰亚胺材料已经不能满足高新科技产品的制造对材料性能的要求,由此聚酰亚胺改性就成为现在研究的热点。
将无机组分引入聚酰亚胺基体中达到无机一有机性能的复合,成为其改性工作中较有效的方法。
目前,对聚酰亚胺中引入二氧化硅,氧化铝等无机组分研究较多,引入钛酸钡粉体的研究相对较少。
钛酸钡是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料,具有高介电常数和低介电损耗的优点,在电子和光学工业中得到广泛应用。
但钛酸钡薄膜制备需高温且工艺复
杂、柔韧性差,使用中受温差和机械作用影响易变形开裂,与有机聚合物结合成复合膜是克服这些缺点的方法之一。
钛酸钡是重要的铁电材料,掺杂不同元素的钛酸钡其结构和特性均会发生改变,因此对其掺杂改性的研究非常多,其中以提高介电常数的掺杂改性研究尤为突出。
钛酸钡中锆的掺杂就是重要的一部分,锆钛酸钡因其高介电常数,低介电损耗备受关注。
本文选取热性能优良的聚酰亚胺(PI)作为基体,选取钛酸钡和锆钛酸钙钡两种无机粉体作为分散相。
分别采用溶液混合法和原位聚合法两种制备方法将无机粒子分散到聚酰亚胺基体中,制备出聚酰亚胺/钛酸钡复合膜和聚酰亚胺/锆钛酸钙钡复合膜。
并且分别利用原子力显微镜、热重分析和介电谱对薄膜的表面形貌、热性能和介电性能等方面进行了表征和测试。
本研究主要工作如下:
1.溶液共混法制备了聚酰亚胺/钛酸钡复合膜,并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征。
原位聚合法制备了PI/BaTiO3:,复合膜,并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征。
两种方法均可以成功制各出复合膜,且材料的热稳定性相应提高。
2.比较两科t制备工艺制备出的复合膜结构及性能。
溶液共混法和原位聚合法制备的复合膜经XRD分析,制备膜的过程中无机粒子的晶型均未发生变化。
原位聚合法制备的复合膜,其中BaTiO3。
较均匀的分散在基体中。
介电性能方面,原位聚合法制备的PI/BaTiO3啦复合薄膜的介电性能要优于溶液共混法制备得到的复合膜。
在室温,lkHz频率下,原位聚合法得到的复合膜的介电常数可达19.8,高于溶液混合法制备复合膜的介电常数。
而原位聚合法复合膜的介电损耗却低于溶液混合法的复合膜。
主要由于原位聚合法得到的复合膜中的界面要比溶液共混法得到的复合薄膜中的界面好。
3.分别用溶液混合法和原位聚合法制备出聚酰亚胺/锆钛酸钙钡复合膜,并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征,测试了其介电性能。
两种方法均可以成功制备出复合膜,且材料的热稳定性相应提高。
4.比较两种制备工艺制备出的复合膜结构及性能。
溶液混合法和原位聚合法制备的复合膜经XRD分析,制备膜的过程中无机粒子的晶型均未发生变化。
但原位聚合法制备的复合膜,其中(BaCa)ZrTi03更均匀的分散在基体中。
原位聚合法制备的PI/(BaCa)ZrTi03复合膜的介电性能要优于溶液共混法制备得到的复合膜,在室温,lkHz频率下,原位聚合法得到的复合膜的介电常数可达25。
主要由于原位聚合法得到的复合膜中的界面要比溶液共混法制得的复合膜中的界面好。
与聚酰亚胺/钛酸钡复合膜相比,聚酰业胺/锆钛酸钙钡复合膜的介电常数要更高。
三.研究的综合分析和前景
有机/无机复合材料综合了有机物和无机物各自的优点,在力学、热学、光学、电磁
学及生物学等方面具有许多优异的性能。
目前电容器的发展正向轻型化、薄型化、小型化、低能耗等方向发展。
聚酰亚胺,/钛酸钡复合膜,聚酰亚胺/锆钛酸钙钡复合膜结合了聚酰亚胺和钛酸钡及掺杂钛酸钡的优点,具有高热稳定性,有较高介电常数,其呈现出广阔的研究前景。
本研究有待于进一步进行的工作:
1.无机粉体含量越大复合膜的介电常数越高,但其介电损耗也随之增大,提高介电常数降低介电损耗是继续研究的重点。
2.随着无机粉体含量的增加,复合膜的机械性能变差,提高机械性能的研究也是后续研究的方向之一。
3.聚酰亚胺/钛酸钡复合膜的耐压性能也是重点,在复合膜中可以加入第三相,如氧化铝等无机体,对提高耐压性能有积极意义,但三相复合在含量研究方面有较高难度。
四.参考文献
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