变速升温对聚酰亚胺薄膜的影响 开题报告

1、 太原工业学院毕业论文开题报告学 生 姓 名：郭平学 号：102074419系 部：材料工程系专 业：高分子材料与工程论 文 题 目：变速升温对聚酰亚胺薄膜的影响（二）指导教师:翟凌 2014年3月18日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生的“学号”要写全号（如072074123），不能只写最后2位或1位数

2、字；4. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”；5. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告一.论文研究目的及意义：1.论文研究的目的在复合薄膜制备过程中，分析第二、三阶段变速升温对溶剂残留率、酰亚胺化程度、聚集态结构的影响，建立溶剂残留率和聚酰亚胺化程度与复合薄膜聚集态结构之间的关系。2.论文研究的意义通过研究PAA溶液在不同的升温条件下所形成的PI薄膜聚集态与性能何不同，对薄膜聚集

3、态结构和性能进行分析。 二国内外研究进展：聚酰胺酸向聚酰亚胺（PI）转化的热酰亚胺化过程是一个非常复杂的过程，是脱水环化、溶剂挥发、结晶同时进行的过程。聚酰亚胺（PI）是主链上含有酰亚胺环的一类化学结构高度规整的刚性链聚合物。PMDA-ODA型PI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;又由于它具有良好的耐辐射性，在航空、航天等尖端技术领域也得到应用。PMDA-ODA型PI的热酰亚胺化过程是一个非常复杂的过程，是脱水环化、溶剂挥发、结晶同时进行的过程，在这个过程中分析聚集态，是对PI研究的手段之一。在PI中添加Talc，Talc的片晶层状结构起到成核剂作用，诱导P

4、MDA-ODA型PI分子链结晶，改变了PI薄膜的聚集态1。国外对于PI的研究多为增加稳定性，加一些稳定性比较强的添加剂，例如，Md Abdul Wahab，Khine Yi Mya和Chaobin He研究PI/羟基八硅倍半氧烷复合薄膜，复合薄膜与纯PI薄膜相比，弹性模量、载荷和硬度有所提高；Taesung Lee，Jihan Lim，Ildoo Chung，Il Kim和ChangSik Ha研究PI/改性-环糊精复合薄膜2，复合薄膜与纯PI薄膜相比，弹性模量、拉伸强度和介电系数都有所提高；国内有一些学者对PI薄膜聚集态结构有所研究，例如，王英，杨洋，贾振兴和秦家强研究出前驱体酰亚胺化程度越

5、高会使PI薄膜得的结晶度增加，从而机械性能也呈增强的趋势；翟燕研究出PI薄膜制备中升温速率适中时，溶剂残留率、酰亚胺化程度、分子链运动才能达到最恰当的匹配，导致分子链形成规整有序排列，可以提高薄膜的机械性能3。毕 业 论 文 开 题 报 告（1）国内发展概况 中国科学院化学研究所从事研究开发PMR聚酰亚胺，其以PMR型304-KH热固型聚酰亚胺为基体的树脂研制的短纤维和颗粒增强聚酰亚胺复合材料具有良好的力学性能、抗辐射性能、耐腐蚀性能、自润滑性能、耐高温氧化性能、加工性、耐磨耗性能4。张春华7等人成功研制出了新的复合光敏聚酰胺酸季铵盐，2006年孙自淑采用均苯四酸二酐分别与3，3，二甲基联苯胺

6、和4，4，二氨基二苯醚进行三元共聚反应，通过改变两种二胺单体的摩尔比，合成出一系列光敏聚酰亚胺材料。当4，4，二氨基二苯醚与均苯四酸二酐具有一定的摩尔之比时，得到的光敏聚酰亚胺均可溶于强极性溶剂，且特性粘数在0.6751.08dl/g之间。在科技部“863计划”的支持下，中国科学院化学研究所高技术材料实验室杨士勇研究员的课题组成功研制出固化温度低、体积收缩率小、树脂贮存稳定性好的标准型BTDA-1000聚酰亚胺和专用树脂光敏型BTPA-1000。自1969年由法国Rhone-Poulene公司成功研制双马来酰亚胺树脂以来，英国、美国、德国、日本和中国等国家都相继进行了研发。当时我国只有二氨基二

7、苯甲烷型的商品化的双马来酰亚胺，现在经过改性的双马来酰亚胺树脂品种己经很多。例如，有机硅改性双马来酰亚胺树脂是一类高性能聚合物材料，其热稳定性能和力学性能都比环氧树脂优越，因此含硅双马来酰亚胺树脂作为金属替代物广泛地用作制造压缩机叶片、大型计算机部件、印刷电路基板等，是目前最受青睐的高性能聚合物材料之一5。（2）国外发展概况作为材料的聚酰亚胺己有四五十年的历史，在性能和合成上有突出优点的聚酰亚胺作为结构材料和功能材料的优点已被人们充分认识，至今为止研究应用也很广泛。1908年Bogert和Rebshaw就在实验室首次合成了聚酰亚胺6。1955年世界上第一篇有关聚酰亚胺在材料应用方面的专利由美国

8、DuPont公司Edwards与Robison申请。1969年法国罗纳一普朗克公司（Rhone-Poulene）首先成功开发了双马来酰亚胺预聚体（Kerimid601）。上世纪60年代聚酰亚胺作为一种材料商品化，美国国家航空航天局（NASA）在上世纪70年代成功研制出PMR热固性聚酰亚胺树脂，这一研究成果解决了材料难于加工的问题，目前具有代表性的PMR型聚酰亚胺树脂是NASA的PMR-157。2007年，日本东丽公司成功研制了一种感光涂覆剂聚酰亚胺，其固化温度在200以下，且能在碱性条件下显像，这在世界上尚属首次。聚酰亚胺已成为目前应用最为广泛的耐热聚合物材料之一8。其相关品种已经有20多个。

9、例如：聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺、聚酸酰亚胺、以及聚酰亚胺纳米杂化材料等，其应用领域毕 业 论 文 开 题 报 告也在不断扩大。其中热塑性聚酰亚胺广泛用于汽车发动机部件、电子、电器仪表用高温插座、集成电路晶片载流子、飞机内部载货系统油泵和气泵盖、连接器、印刷线路板等。PI的合成方法很多，聚合方法主要有三种：熔融缩聚、溶液缩聚和界面缩聚，溶液缩聚法是目前合成芳香族聚酰亚胺最好的实施方法，制备芳香族PI最好的方法是溶液聚合的两步法目前比较成熟的合成工艺是采用溶液缩聚的两步法来合成聚酰亚胺，利用前驱体加工，在高温下亚胺化。前驱亚胺化的方法有热亚胺化，化学亚胺化，异酰亚胺化等。最先用的前驱体是聚酰胺酸，

10、其合成的方法是典型的二酐和二胺两步法反应，此合成方法是由DuPont公司于60年代初开发成功。在随后的聚酰亚胺研究中主要采用该合成路线，也是目前应用最广泛的一种工艺。通常分为2步：第一步是将二酐和二胺在非质子极性溶剂，如N，N二基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺或N二甲基毗咯烷酮中低温聚合得到聚酰胺酸溶液，第二步是利用这种溶液进行加工（如涂膜或纺丝）。去除溶剂、固化后，再经高温处理形成聚酰亚胺。三本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.要解决的问题1）研究升温速率对聚酰亚胺薄膜力学性能的影响。2）研究升温速率对溶剂残留率和酰亚胺化程度的影响。3）研究升温速率对薄膜聚集态结构的影响。2

11、.工艺流程图毕 业 论 文 开 题 报 告3.制备PI薄膜1）聚酰胺酸（PAA）溶液的合成在三口烧瓶中加入NMP和ODA，搅拌使ODA溶于溶剂，然后按计量比加入PMDA，冰浴下搅拌12，得到高粘度的聚酰胺酸（PAA）溶液。2） 制备PI薄膜聚酰亚胺（PI）薄膜的制备将PAA溶液涂覆在玻璃片上，放入可控升温速率真空烘箱，升温工艺第一阶段为5/min，升温至150。然后分别按照升温速率3/min、5/min、10/min升温到400自然冷却，待烘箱温度降到室温，取出薄膜。4.研究PI薄膜的聚集态结构用X-射线衍射仪测量测定PI薄膜的晶体结构，研究PI薄膜的聚集态，通过方程计算有序度、结晶度。5.

12、测PI薄膜酰亚胺化程度采用红外光谱仪表征酰亚胺化程度，将PAA溶液涂覆在玻璃片上，进行热处理后将样品置于红外线光谱仪，控制升温速率（3/min、5/min、10/min），分别测试150、180、220、300、330、400的聚酰亚胺薄膜，测试后，通过同样计算酰亚胺化程度。6. 测PI薄膜溶剂残留率将PAA溶液涂覆在玻璃片上，置于烘箱进行热处理后，置于热重分析仪，氮气氛，升温到400，其中分为三个阶段：0到150，150到220，220到400，不同阶段控制升温速率（如表一）测得TGA曲线，分析TGA曲线计算PI薄膜的溶剂残留量。毕 业 论 文 开 题 报 告表一 热重测试所需组数及不同阶段

13、的升温速率组别第一阶段第二阶段第三阶段最终温度第一组555400第二组5510400第三组5105400第四组51010400第五组533400第六组535400 7.测PI薄膜得力学性能用拉伸测试仪测量PI薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量。四论文工作进度安排：论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定实验方案2014年1月3日2014年3月18日2不同升温过程制备聚酰亚胺薄膜2014年3月19日2014年5月7日3测试力学性能2014年5月8日2014年5月26日4对比分析薄膜制备过程中结构、溶剂挥发等的变化2014年 5月27日2014年5月30日5分析实验数据，查漏补遗2014

14、年5月31日2014年6月3日6完成毕业论文及答辩工作2014年6月4日2014年6月22日5 主要参考文献：1 翟燕, 李东红, 李振中, 张保卫. 一种聚酰亚胺薄膜的制作方法: 中国, 102993447AP. 2013-03 -27.2 TAESUNG LEE, JIHAN LIM, ILDOO CHUNG, et al. Preparation and characterization of polyimide/modified -cyclodextrin nanocomposite filmsJ. Macromolecular Research, 2010, 18(2): 120-1

15、28.3 王英, 杨洋, 贾振兴, 秦家强. 前驱体酰亚胺化程度对聚酰亚胺薄膜聚集态结及性能的影响J. 高分子材料与工程. 2012, 28(10): 43-46.4 王响. 异构型联苯四酸二酐（i-BPDA/s-BPDA）合成热塑性以及热固性共聚聚酰亚胺及其性能研究D. 吉林大学, 2011. 毕 业 论 文 开 题 报 告5 张春华. 新的离子型光敏聚酰亚胺J. 功能高分子学报, 2002. 15(2): 117-121. 6 刘生鹏, 刘润山, 张雪平. 双马来酰亚胺型共聚高性能基体树脂的研究J. 绝缘材料, 2009, 16(4): 33-35.7 李玉芳, 伍小明. 聚酞亚胺树脂生产与应用进展J. 国外, 2009, 27(9): 32-37.8 谭必思, 益小苏. 航空发动机用PMR聚酰亚胺树脂基复合材料J. 航空材料学报, 2001. 21(l): 5-8. 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见：该生通过查阅