直接法制备聚酰亚胺滑石粉复合薄膜的研究

1、太原理工大学毕业论文毕业论文聚酰亚胺/滑石粉的直接制备复合膜的研究材料工程系102074104朱盐城学生姓名：学生编号：聚合物材料和工程部门：翟燕专业化：讲师：2014年6月二诚信声明我郑重声明，本论文及其研究工作已在导师的指导下独立完成，完成论文所用的所有材料已在参考文献中列出。我的签名：一年中的月日毕业论文作业设计题目：直接法制备聚酰亚胺/滑石粉复合膜的研究系：材料工程专业系：高分子材料与工程专业。102074104学生：朱彦成讲师(含职称):翟燕(副教授)1.主题意义和目标在聚酰亚胺中引入微晶结构可以有效改善其力学性能，进一步提高其耐热性。将滑石粉直接加入到聚酰亚胺中，实现滑石粉在基体中

2、的良好分散，滑石粉诱导基体结晶，控制聚酰亚胺的聚集态结构，确定滑石粉的最佳添加量，制备出性能优异的聚酰亚胺/滑石粉复合膜。2.主要任务1)查阅相关文件，确定实验方案；2)合成聚酰胺酸并测试分子量；3)向聚酰胺酸溶液中加入滑石粉，制备聚酰胺酸/滑石粉复合溶液，加热制备聚酰亚胺/滑石粉复合膜；4)研究了滑石粉添加量和粒径对复合膜聚集结构的影响。5)研究了滑石粉添加量和粒径对复合膜力学性能和热分解性能的影响。6)分析复合膜的聚集结构和性能之间的关系；7)记录实验结果，对实验数据进行分析和处理；8)完成毕业论文的写作。3.基本要求1)认真学习相关书籍，查阅中外语言资料，制定合理的实验研究方案；2)认真

3、做好各方面的实验工作，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3)勤于思考，运用所学专业知识解决实验中遇到的问题；4)翻译与该主题相关的英语文档；5)论文的写作要求严格按照材料工程系本科毕业论文格式要求进行。4.主要参考材料2，潘，等.聚酰亚胺复合材料的研究进展J.航空航天材料技术，2013，(4): 14-19。尹代武、谭惠文。2滑石粉的应用特点及表面改性J.广东化工，2013，40(18): 75-77。翟燕、张。2升温速率对聚酰亚胺薄膜聚集结构和性能的影响J.新化学材料。2013，41(4): 78-86。5.安排论文每个阶段的名称开始和结束日期1参考文献来确定实验方案1月3日至3月18日2

4、直接合成聚酰胺酸/滑石粉复合溶液制备薄膜3月19日至5月8日3测试机械性能5月9日至5月12日4聚集结构的表征与分析5月13-5月15日5实验数据分析、泄漏和补充5月16日至6月1日6完成毕业论文和答辩工作6月4日至6月22日审核人：一年中的月日太原理工大学毕业论文直接法制备聚酰亚胺/滑石粉复合膜本文采用直接法制备聚丙烯酸/滑石粉复合溶液，通过加热制备聚酰亚胺/滑石粉复合膜。用偏光显微镜、广角X射线衍射仪和万能材料试验机对复合膜的聚集结构和力学性能进行了表征。结果表明，滑石粉在聚酰亚胺/滑石粉复合膜的形成中起成核作用，并能诱导PMDA-奥德分子链的结晶。随着滑石粉添加量的增加，结晶变得越来越明

5、显，滑石粉的层状结构得以保持。滑石粉层状结构的存在起到交联点的作用，使聚酰亚胺薄膜呈现网络结构。随着滑石粉的添加量从1%增加到9%，聚酰亚胺薄膜的结晶度增加，晶体堆积更加致密，网络结构更加明显。薄膜的弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小。滑石粉含量为5%时，综合性能最好。关键词：直接法、添加量、结晶、氢键聚酰亚胺/滑石粉复合膜的形态研究通过直接聚合制备本文采用直接法合成聚丙烯酸/滑石粉复合溶液，然后加热得到聚酰亚胺/滑石粉复合杂化薄膜。用PLM、WAXD和万能试验机表征了其聚集态结构和力学性能。结果表明，滑石是一种固着剂，可以使薄膜中的PMDA-奥德分子链结晶。随着滑石用量的增加，结晶更

6、加明显，滑石层状结构得以保持。滑石类交联点的层状结构的存在，使聚酰亚胺薄膜呈现网状结构。随着滑石粉添加量从1%增加到9%，聚酰亚胺薄膜的结晶度增加，晶体更加致密，网络结构更加明显；薄膜的拉伸弹性模量、拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小。当滑石粉含量为5%时，综合性能最好。关键词：直接法、数量、结晶、氢键- 2 -内容前言11.1聚酰亚胺11.1.1概述11.1.2聚酰亚胺2的特性1.1.3聚酰亚胺/无机纳米粒子复合膜的制备31.2滑石粉71.2.1概述71.2.2滑石粉性能71.3聚合物/滑石粉复合材料的研究现状82.1主要实验材料和试剂102.2主要实验设备102.3聚酰胺酸/滑石粉复合溶液的

7、制备112.4聚酰亚胺/滑石粉复合膜的制备112.5性能测试132.5.1复合膜聚集结构的表征132.5.2机械性能测试143实验结果和讨论153.1聚酰亚胺/滑石粉复合膜的聚集结构153.2机械性能分析19结论21致谢25i1前言1.1聚酰亚胺1.1.1概述聚酰亚胺是指在聚合物分子的主链中具有酰亚胺结构的聚合物，包括线性聚酰亚胺和环状聚酰亚胺。这两种分子的通式如下：线性聚酰亚胺环状聚酰亚胺图1.1两个分子的通式图1.1两个分子的通式线型聚酰亚胺合成困难，没有实用性，而五元环聚酰亚胺种类繁多，实用性强。因此，聚酰亚胺通常被称为环状聚酰亚胺。环状聚酰亚胺可分为脂肪链聚酰亚胺和芳香族链聚酰亚胺。芳

8、香链聚酰亚胺由于其全芳香主链结构而具有更优异的综合性能，得到了更充分的开发和应用1。随着各种结构聚酰亚胺的发展，聚酰亚胺已成为耐热芳香杂环聚合物中应用最广泛的材料之一。由于聚酰亚胺分子具有非常稳定的芳香杂环结构，它表现出其他高分子材料无法比拟的优异性能，特别是耐高温和耐低温性能。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺的热分解温度为600，是目前聚合物中热稳定性较高的品种之一。聚酰亚胺具有广泛的应用，包括塑料、复合材料、薄膜、粘合剂、纤维、泡沫、液晶取向剂、分离膜、光致抗蚀剂等。聚酰亚胺作为高性能的高分子材料，已经成为许多领域不可替代的材料。随着各种结构聚酰亚胺的发展，聚酰亚胺已经发展成为耐热的芳香

9、族杂环。复合材料中最广泛使用的材料之一2-4。它广泛应用于薄膜、先进复合材料、分离膜微电子器件等各个领域。目前，一些品种的聚酰亚胺已经产业化。商用聚酰亚胺薄膜主要包括三种类型：美国杜邦公司的Kapton系列、日本宇部兴发公司的uplix系列和日本中原公司的心尖系列5，6。一些产品的结构式如下：Upilex-RUpilex-S卡普顿电影图1.2不同类型的聚酰亚胺薄膜图1.2不同类型的聚酰亚胺薄膜1.1.2聚酰亚胺的性质聚酰亚胺是一种特殊的工程塑料，具有优异的综合性能。它在很宽的温度范围内具有稳定和优异的物理、化学、电气和机械性能。迄今为止，聚酰亚胺已发展成为耐热芳香杂环聚合物中应用最广泛的材料之

10、一，并广泛应用于航空、航天、机械、石油化工、微电子等高科技领域。由于聚酰亚胺种类繁多，不同结构的聚酰亚胺的性能有所不同。聚酰亚胺材料的基本性能在下面详细描述7，21-26。(l)热性能由酰亚胺、苯环和单键组成的聚酰亚胺具有最高的热稳定性。由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺的热分解温度为600，是迄今为止聚合物中热稳定性最高的品种之一。以单原子连接基团为桥键的聚酰亚胺具有较高的热稳定性。采用热重分析，热分解温度一般在500左右。聚酰亚胺还能承受极低的温度，例如-269的液氦不会破裂。(2)机械性能聚酰亚胺具有优异的机械性能。不含其他添加剂的聚酰亚胺塑料的强度在100兆帕以上，杨氏模量在2到3兆帕

11、之间。Kapton的拉伸强度为170兆帕，而Upilex-s的拉伸强度为400兆帕。作为一种工程塑料，弹性模量通常为3-4千兆帕，纤维可达200千兆帕。根据理论计算，由均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的纤维可以达到500Gpa，仅次于碳纤维。(3)光学性能一般聚酰亚胺是一种黄褐色的透明材料。聚酰亚胺的透明度可以通过引入含氟基团、大体积取代基、脂环结构或能弯曲主链的单体来提高。从而用作耐高温透明材料，如柔性太阳能电池底板、液晶显示器的ITO底板、液晶显示器配向膜、通信连接用波导材料、平面光学电路用半波片等。(4)电气特性聚酰亚胺薄膜是三种低介电有机薄膜之一。普通芳香族聚酰亚胺的相对介电常数约为3.4

12、。当引入氟或空气以纳米尺寸分散在聚酰亚胺中时，介电常数可降低至约2.5。介电损耗为10-3，介电强度为100-300千伏/毫米，体积电阻为1017.厘米。同时，由于聚酰亚胺具有优异的热稳定性、机械性能、自粘性和对各种陶瓷金属的附着力等综合性能，聚酰亚胺完全可以满足现代集成技术对介电材料的要求。(5)耐化学性一些种类的聚酰亚胺不溶于有机溶剂，但是可溶的聚酰亚胺可以通过引入一些对溶剂有亲和力的结构来获得，例如含氟、硅、磷或羟基的基团，或者通过引入一些环状结构来扰乱分子链的对称性和有序性。一般品种不耐水解，尤其是碱水解，即原料二酐二胺可通过碱水解回收。例如，对于Kapton薄膜，回收率可以达到80%-90%。聚酰亚胺对稀酸相对稳定，但不耐浓硫酸、浓硝酸和卤素。此外，聚酰亚胺是一种低发烟量的自熄性聚合物。聚酰亚胺在极高真空下几乎没有气体排放。聚酰亚胺无毒，可用于制造餐具和医疗器械。一些聚酰亚胺品种也具有良好的生物相容性。1.1.3聚酰亚胺/无机纳米粒子复合膜的制备基于聚酰亚胺材料的优异性能和无机纳米粒子的特性。两者的结合不仅可以提高材料的各项性能，而且赋予聚酰亚胺材料新的功能，使聚酰亚胺材料具有更广阔的应用空间。下面主要介绍