聚酰亚胺复合材料的防辐射性能设计

科技创新导报2019 NO.01Science and Technology Innovation Herald工业技术

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald65DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.01.065石墨填料对聚酰亚胺复合材料性能影响①杨涛1,2,3 张朋1,2,3 王云飞1,2,3 包建文1,2,3(1.航空工业复合材料技术中心 北京 1013002.中航复合材料有限责任公司 北京 1013003.先进复合材料重点实验室 北京 101300)摘 要：本文研究了石墨填料粒径及石墨填料含量对复合材料力学性能及摩擦磨损性能的影响，通过扫描电子显微镜(SEM)分析、冲击强度分析以及复合材料的摩擦系数和摩痕宽度的对比分析研究石墨填料粒径及含量对复合材料性能的影响及其影响机制。关键词：线形聚酰亚胺 石墨 复合材料中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)01(a)-0065-04

①作者简介：杨涛（1988—），男，湖北孝感人，博士，工程师，研究方向：树脂基复合材料。热塑性聚酰亚胺作为综合性能优异的特种工程塑料，具有优异的热稳定性、良好的力学性能以及突出的耐辐照耐溶剂性能，除此以外线性聚酰亚胺还具有优异的减磨耐磨性能，在干摩擦时，可以再对偶面形成转移膜，起到自润滑的作用，因此聚酰亚胺自润滑材料广泛应用于航空航天等高温、高压等极端环境减磨耐磨领域[1-3]。为了充分利用聚酰亚胺的自润滑性能，一般可通过添加固体润滑剂制备聚酰亚胺基复合材料。通过复合改性及优化材料组成，可提高聚酰亚胺材料的摩擦磨损性能。而石墨因其独特的片层晶型结构，常常被用作聚酰亚胺自润滑复合材料的固体润滑剂填料[4]。因此，本文以石墨为固体润滑剂填料，制备聚酰亚胺自润滑复合材料，探讨石墨填料粒径及石墨填料含量对复合材料力学性能及摩擦磨损性能的影响。1 实验部分1.1 石墨填充聚酰亚胺复合材料的制备本实验所用胶体石墨粉由上海华谊集团华原化工有限公司胶体化工厂生产，包括1#，0#及00#三种牌号，胶体石墨粉粒径分别为：10μm、5μm及3μm。以PMDA及4,4’-ODA为单体，根据逐步聚合反应原理，合成理论分子量为2万的聚酰胺酸，采用将二酐加入二胺溶液的方式合成，30℃下反应2h。分析天平分别秤取一定质量的1#胶体石墨粉、0#胶体石墨粉及00#胶体石墨，使得粉胶体石墨粉占固含量的质量分数分别为15wt%。另外秤取总固含量10wt%及5wt%的1#胶体石墨粉。将五份胶体石墨粉分别加入到用五份用电动搅拌器高速搅拌的聚酰胺酸溶液中，均匀搅拌1h，混合溶液留用。石墨填充聚酰胺酸的酰亚胺化方法采用化学/热亚胺化法，石墨填充聚酰亚胺模塑粉进行分段脱挥后，采用260℃温度下，真空处理10h的预处理工艺。最后使用热模压成型工艺制备石墨填充聚酰亚胺复合材料。1.2 测试与表征(1)扫描电子显微镜（SEM）分析。采用日本Hitachi公司生产的Hitachi S-4800型扫面电镜进行测试分析。制样时取样品的冲击断口小块，经喷金处理150s后，在电镜下观察。(2)简支梁冲击强度测试。石墨填充聚酰亚胺复合材料的简支梁冲击强度试验参照GB/T 1043-1993进行测试，采用无缺口试样进行测试，测试样品尺寸为80mm×10mm×4mm，采用2.00J冲击能量摆锤测试。(3)摩擦磨损性能测试。聚酰亚胺树脂及其石墨填充复合材料的摩擦磨损测试采用宣化材料试验机厂生产的MM200磨损试验机进行测试。测试按照标准GB/T 3960-1983进行测试，试样尺寸为30×7×6mm3，室温下进行测试，预加载荷为20kg力。2 结果与讨论2.1 石墨填料粒径对复合材料性能的影响表1是不同粒径石墨填料填充的复合材料无缺口简支梁冲击测试结果。由表中数据可知，复合材料的冲击强度随着石墨填料粒径的增大而呈现先减小后增大的趋势。分析认为，这主要是因为(1)更小粒径的石墨在制备模塑粉时相对于大粒径石墨分散性更好，分散地更均匀；(2)更小的粒径的石墨比表面积大，因而更容易让树脂吸附包裹，与树脂粉结合地更好。这两种因素会使得复合材料的冲击强度提高。但是另一方面，更小的粒径的石墨作填料，在相同的质量分数条件下，粒径小的石墨比表面积大，树脂石墨的界面会更多，而冲击破坏往往首先发生在树脂与石墨填料的界面处，这种作用又会导致复合材料试样的冲击强度降低。这两种因素共同作用，因此石墨粒径对试样的冲击强度影响比较复杂，因而随着石墨填料粒径的增大呈现先增大后减小的变化。图1是不同粒径石墨填充聚酰亚胺复合材料的冲击断口SEM图像。如图 1（a）所示，1#石墨填充的复合材料冲击断口内石墨片层区域与树脂区域分别比较集中的分散在断口上，石墨层片的尺寸很大；如图 1（b）所示，0#石墨填充的复合材料的冲击断口石墨分散比较均匀，石墨尺寸居中；如图 1（c）所示，00#石墨粉填充的聚酰亚胺复合材料的冲击断口内石墨片层区域与树脂区域分散比较均匀，石科技创新导报2019 NO.01Science and Technology Innovation Herald工业技术

２８６　橡胶工业　２００８年第５５卷　

聚酰亚胺／有机蒙脱土／ＳＢＲ复合材料的结构和性能　

刘　华，崔　轶，常冠军，高爱娟，林润雄　（青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东青岛　２６６０４２）　摘要：采用大分子溶液插层法与高温溶液亚胺化法相结合制备聚酰亚胺（ＰＩ）／有机蒙脱土（ＯＭＭＴ）粉状材料，通　过乳液共混共凝法与ＳＢＲ胶乳混合制备颗粒状ＰＩ／ＯＭＭＴ／ＳＢＲ复合材料，并对其结构和性能进行研究。结果表明，　ＯＭＭＴ的加入改善了ＰＩ与ＳＢＲ的相容性；ＰＩ／ＯＭＭＴ对ＳＢＲ物理性能有一定改善，且物理性能随ＰＩ／ＯＭＭＴ用量　的增大呈提高趋势。　关键词：聚酰亚胺；有机蒙脱土；ＳＢＲ；复合材料；改性　中图分类号：ＴＱ３３３．１；ＴＱｏ５ｏ．４　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００　８９０Ｘ（２００８）０５—０２８６—０５　聚酰亚胺（ＰＩ）／蒙脱土（ＭＭＴ）纳米复合材料　是一种新型材料［１ｆＩ　３ｌ，与未添加ＭＭＴ的ＰＩ相比，　具有更优异的物理性能、耐热性能和气体阻隔性　能等［＿１］。目前Ｐ１改性环氧树脂已取得非常显著　的成果［５］，ＰＩ改性ＮＢＲ也有学者做了初步研　究Ｌ６］，而用其改性非极性橡胶尚未见报道。ＳＢＲ　是一种非极性不饱和橡胶，是ＳＲ工业中产能及　消费量最大的品种。　本工作采用大分子溶液插层法与高温溶液亚　胺化法相结合制备ＰＩ／有机蒙脱土（ＯＭＭＴ）粉状　复合材料，通过乳液共混共凝法与ＳＢＲ胶乳混合　制备Ｐ１／０ＭＭＴ／ＳＢＲ颗粒状复合材料，并对其　结构和性能进行研究。　

１　实验　１．１原材料　丁苯胶乳，牌号Ｓ－６２，日本进口产品。４，４Ｌ　二氨基二苯醚（ＯＤＡ），化学纯；均苯四酸二酐　（ＰＭＤＡ），化学纯，国药集团化学试剂有限公司产　品。Ｎ一甲基吡咯烷酮（ＮＭＰ），分析纯；无水氯化　钙，分析纯，天津市博迪化工有限公司产品。十二　烷基苯磺酸钠，化学纯，中国亨达精细化学品有限　公司产品。钠基蒙脱土（离子交换容量为０．８７８　基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０５７６０１７）　作者简介：刘华（１９７９一），女，山东莱芜人，青岛科技大学在读　硕士研究生，主要从事高分子材料合成与改性研究。　＊通讯联系人　ｍｍｏｌ・ｇ　），浙江丰虹粘土化工有限公司产品。　ＯＭＭＴ和ＰＩ，实验室自制。其它配合剂为市售　工业级产品。　１．２试验配方　ＳＢＲ　１００，氧化锌　５，硬脂酸　２，防老剂　４０１ＯＮＡ　１，促进剂ＤＭ　０．５，促进剂Ｍ　０．５，　促进剂ＴＭＴＤ　０．２，硫黄２，ＰＩ或ＰＩ／ＯＭＭＴ　变量。　１．３试验设备与仪器　Ｓ（ｘ）Ｋ一１６０Ａ型两辊开炼机，上海轻工业机　械技术研究所产品；ＧＴ一７０１６一ＡＲ型气压自动切　片机、Ａ１—７０００Ｍ型万能拉力机和ＧＴ—Ｍ２０００－Ａ　型无转子硫化仪，台湾高铁检测仪器有限公司产　品；ＨＳ１００Ｔ—ＦＴＭＯ一９０８型硫化仪，佳鑫电子设　备科技（深圳）有限公司产品；ＪＳＭ一６７ｏＯＦ型带能　谱的场发射扫描电镜（ＳＥＭ），日本电子ＪＥＯＬ公　司产品。　１．４试样制备　（１）ＰＩ粉状复合材料的制备　采用高温溶液亚胺化法，将适量０ＤＡ溶于　一定量的ＮＭＰ中，通入氮气并搅拌至完全溶解，　将ＰＭＤＡ（ＯＤＡ／ＰＭＤＡ摩尔比为１／１．００５）加入　到该溶液中，溶液变为黄色，加入适量的ＮＭＰ。　所制溶液搅拌５　ｈ后，加入无水乙醇（为溶剂　ＮＭＰ体积的１０　），在１７５℃下继续搅拌回流６　ｈ，得到深红棕色粘稠物质。将其抽滤，并在１００　

孔隙率对聚酰亚胺复合材料力学性能的影响InfluenceofVoidContentonMechanicalPropertiesof

PolyimideComposite

刘志真,李宏运,益小苏(北京航空材料研究院,北京100095)

LIUZhi2zhen,LIHong2yun,YIXiao2su(BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China)

摘要:利用超声衰减的强度随聚酰亚胺复合材料孔隙率增加而逐渐增加的性质,建立超声衰减的强度与孔隙率之间的关系,再将不同孔隙率与复合材料力学性能之间的关系对应起来。结果表明,可以通过超声衰减的+度直接预测复合材料的力学性能。关键词:聚酰亚胺;复合材料;孔隙率;超声衰减的强度;力学性能中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:100124381(2005)0920056203

Abstract:Theintensityofultrasonicdampingincreasedwiththevoidcontentofpolyimidecomposite,

therelationshipbetweentheintensityofultrasonicdampingandthevoidcontentaswellasmechanical

propertiesofcompositewasestablished.Therefore,bydeterminingtheintensityofultrasonicdamp2

ing,themechanicalpropertiesofcompositecanbepredicteddirectly.

Keywords:polyimide;composite;voidcontent;intensityofultrasonicdamping;mechanicalproperty

聚酰亚胺复合材料具有高比强度和比刚度以及优

王铎：热固性聚酰亚胺复合材料的制备及性能研究　

热固性聚酰亚胺复合材料的制备及性能研究　

王铎　（陕西理工学院化学学院，汉中７２３００１）　

摘要以均苯四甲酸二酐、二胺基二苯醚、Ⅳ，Ⅳ　．二甲基乙酰胺及纳米ＳｉＣ为原料，经加热固化等工艺制备了热　固性聚酰亚胺（ＰＩ）／纳米ＳｉＣ复合材料。经测试，该复合材料的介电常数和吸水率均比纯ＰＩ明显降低，且复合材料　中低分子纳米ＳｉＣ均匀分散到ＰＩ内部，形成网络状杂化复合体系。　关键词　热固性聚酰亚胺纳米碳化硅复合材料介电常数吸水率　

在微电子材料领域的研究中，具有极好热稳定　

性、耐湿性的二氧化硅（ＳｉＯ　）一直是金属互联线路　

间使用的主要介电绝缘材料，而金属铝则是芯片中　电路互联导线的主要材料　ｊ。然而，随着集成电　

路技术的进步，具有高速度、高器件密度、低功耗及　低成本的芯片越来越成为超大规模集成电路制造的　

主要产品，芯片中的导线密度不断增加，导线宽度和　间距不断减小，互联中的电阻（Ｒ）和电容（Ｃ）所产　

生的寄生效应越来越明显。为此，寻找其它低介电　

常数的材料来替代目前广泛使用的ＳｉＯ　是减少Ｒｃ　延迟的一条重要途径　Ｊ。目前，降低材料介电常数　

的方法是降低材料自身的极化率　ｊ，包括降低分子　

极化率、电子极化率、离子极化率及降低材料相对分　

子密度等。　聚酰亚胺（ＰＩ）在微电子封装材料行业中以其　

优异的耐高温、耐化学药品性、低吸水性及低介电常　

数等特性而应用极广，特别是ＰＩ的低介电常数提高　了多层布线技术中的信号传输速度　ｊ。常见的Ｐ１　

分为热固性与热塑性两大类。热固性ＰＩ因成型加　工方面的原因而受到一定的局限。笔者在较低温度　

下对聚酰胺酸（ＰＡＡ）进行加热固化，大大降低了成　

型难度，制成的ＰＩ基复合材料的介电常数与吸水率　均明显比ＳｉＯ，低。　１实验部分　１．１主要原材料　

均苯四甲酸二酐、４，４　．二氨基二苯醚、～，Ⅳ　．二　

甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）：均为化学纯，国药集团化学试