升温过程对聚酰亚胺薄膜的影响

1、毕业论文加热工艺对聚酰亚胺薄膜的影响102074129材料工程系刘永州学生姓名：学生编号：聚合物材料和工程部门：翟凌专业化：讲师：2014年6月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论文题目：加热工艺对聚酰亚胺薄膜的影响系：材料工程专业系：高分子材料与工程专业。102074129学生：刘永州讲师(含职称):翟凌(高级研究员)1.主题意义和目标在聚酰亚胺薄膜的制备过程中，加热方法可以有效地控制聚集结构的形成，从而控制薄膜的力学性能。聚酰亚胺薄膜是通过最佳均匀升温、分阶段均匀升温和变温升温来制备的

2、。对薄膜制备过程进行了分析。讨论了升温过程对溶剂残留率、酰亚胺化程度和聚集结构的影响。确定了制备性能优异的聚酰亚胺薄膜的最佳升温方法。2.主要任务1)查阅相关文献，提出实验方案；2)合成高粘度聚酰胺酸溶液并测试特性粘度；3)通过均匀升温、分阶段均匀升温和变温升温制备聚酰亚胺薄膜；4)比较了不同加热方式下薄膜制备过程中溶剂残留率、酰亚胺化程度和聚集结构的变化。5)比较不同加热方式下薄膜的聚集结构和性能；6)分析聚集态下溶剂残留率与薄膜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

3、；2)认真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。程茹，朱，2高温热处理对聚酰亚胺薄膜性能的影响J.合成树脂和塑料，2007，24(1): 40-42。吴国光。聚酰亚胺薄膜的酰亚胺化方法J。信息记录材料，2010，11(6): 51-53。王嘉明。聚酰亚胺的制备方法及其应用领域J。乙醛醋酸化工，2013，(8):

4、 27-29。5.安排设计论文每个阶段的名称开始和结束日期1查阅文献，提出实验方案。1月3日至3月18日2高粘度聚酰胺酸溶液的合成3月19日至4月13日3不同加热方法制备聚酰亚胺薄膜4月14-4月27日4比较不同加热方法对聚酰亚胺薄膜影响4月28日至5月11日5实验数据分析、泄漏和补充5月12日至6月3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加热工艺对聚酰亚胺薄膜的影响以PMDA-奥德聚酰亚胺为主要研究对象，采用五种加热方法对聚酰胺酸进行热酰亚胺化制备聚酰亚胺薄膜。五种加热模式是：均匀加热、均匀阶段加热、变速1(1-3-7)加热、变速2(5-10-

5、5)加热、变速3(10-5-10)加热。通过热重分析、红外光谱和X射线衍射，研究了溶剂残留率、酰亚胺化程度和聚集结构的演变对薄膜性能的影响。研究结果表明，决定薄膜性能的最重要阶段是酰亚胺化的中间阶段。在这一阶段，溶剂残留率和酰亚胺化程度对分子链的运动有很大影响，分子链会重新排列，有序度大幅度增加，高有序度可能会一直保持到最后。变速3在初始阶段具有快速的加热速率，导致高的溶剂残留速率和对分子链的大塑化效应，而在中间阶段，加热速率适中，导致适度的酰亚胺化。上述两个因素导致溶剂残留率、酰亚胺化程度和分子链运动的良好匹配，并且规则排列是容易的。力学性能测试也表明，变速3加热制备的薄膜综合性能最好。关键

6、词：聚酰亚胺，加热方法，溶剂残留率，聚集结构加热方式对聚酰亚胺薄膜的影响本文以PMDA-奥德聚酰亚胺为主要研究对象，采用五种加热方法，通过聚酰胺酸的热酰亚胺化制备聚酰亚胺薄膜。五种加热方法是均匀加热、均匀阶段加热、变速加热1 (1-3-7)、变速加热2 (5-10-5)和变速加热3 (10-5-10)。采用热失重、红外光谱和X射线衍射等方法，研究了聚集结构的演变、溶剂残留率和酰亚胺化程度对薄膜性能的影响。结果表明，决定薄膜性能的最重要阶段是酰亚胺化中期。在此阶段，溶剂保留率和酰亚胺化程度对分子链的运动有很大影响。此外，分子链重新排列，有序化程度增加，有序化程度越高，最终有序化程度越高。变速加热

7、3在早期阶段具有较高的加热速率，这导致较高的残留溶剂率和对分子链较大的增塑作用。在酰亚胺化过程中，变速加热3的加热速率适中，导致酰亚胺化程度适中。上述两个因素导致溶剂保留率、酰亚胺化程度、分子链的运动匹配良好且排列规则且容易。力学性能测试也表明，变速3次加热制备的薄膜综合性能最好。关键词：聚酰亚胺，加热方式，溶剂保留率，聚集结构二二内容前言11.1聚酰亚胺的分类11.2聚酰亚胺1的合成1.3聚酰亚胺3的研究现状1.4聚酰亚胺4的性能和应用1.4.1聚酰亚胺性能41.4.2聚酰亚胺6的应用1.5研究的目的和意义72实验部分82.1主要实验材料和试剂82.2主要实验设备和仪器82.3实验过程92.

8、3.1实验流程图92.3.2聚酰胺酸9的制备2.3.3制备聚酰亚胺102.4性能测试112.4.1薄膜聚集结构的表征112.4.2薄膜酰亚胺化程度的表征122.4.3薄膜热重分析测试122.4.4薄膜机械性能的测试123结果和讨论143.1聚酰亚胺薄膜聚集结构的演变143.1.1红外光谱分析143.1.2 x射线衍射分析3.1.3热重分析3.2聚酰亚胺薄膜20的机械性能结论23参考文献24致谢261前言聚酰亚胺(PI)是一种化学结构高度规则的刚性链聚合物，在聚合物的主链上有聚酰亚胺环。它由二胺和二酐化合物通过分步聚合制备而成。根据二胺和二酐的不同结构，可以制备一系列具有不同结构和性能的聚酰亚胺

9、1。聚酰亚胺是一种新型耐辐射、耐高低温的高分子材料。它具有优异的介电和机械性能、高的热稳定性、热氧化和化学稳定性、小的热膨胀系数、良好的耐溶剂性、尺寸稳定性和加工流动性以及许多其它优异的性能。它广泛应用于航空、航天、微电子等高科技领域2，已成为具有巨大发展前景的主要材料之一3。聚酰亚胺是目前工业上应用的耐热等级最高的一种高分子材料4，但它不易溶解，加工困难，生产成本高5。因此，提高聚酰亚胺的加工性能和降低价格已经成为聚酰亚胺的主要发展方向。热塑性聚酰亚胺不仅保持了普通聚酰亚胺的优异综合性能，而且具有热固性聚酰亚胺无法比拟的优异热加工性能。因此，热塑性聚酰亚胺在耐热塑料中占有非常重要的地位，成为

10、聚合物研究的热点之一。1.1聚酰亚胺的分类聚酰亚胺主要分为芳香族聚酰亚胺和脂肪族聚酰亚胺。由于脂肪族聚酰亚胺实用性差，所以聚酰亚胺通常指芳香族聚酰亚胺。此外，聚酰亚胺按合成方法可分为3种类型：加成聚酰亚胺、缩合聚酰亚胺和热塑性聚酰亚胺6。加成聚酰亚胺由预先酰亚胺化并具有低分子量(约1000)的化合物制备。酰亚胺化的化合物有许多不饱和端基，端基可以以各种形式反应。根据端基的不同，可分为乙炔基封端的聚酰亚胺、降冰片烯基封端的聚酰亚胺、苯并环丁烷基封端的聚酰亚胺和马来酸酐基封端的聚酰亚胺。缩合聚酰亚胺通过两步工艺合成。首先，芳族二胺和芳族二酐在极性溶剂中低温缩聚合成可溶性和可熔性聚酰胺酸，然后脱水环

11、化形成聚酰亚胺。热塑性聚酰亚胺在结构上类似于缩合型，但热塑性聚酰亚胺可能含有柔性连接的氟取代基(它们通过酰胺酸路线制备)。热塑性聚酰亚胺通常可溶于某些溶剂，其玻璃化转变温度低于缩合聚酰亚胺。1.2聚酰亚胺的合成目前，合成聚酰亚胺的方法有熔融缩聚法、溶液缩聚法和界面缩聚法。熔融缩聚是将单体、催化剂和相对分子质量调节剂放入反应器中，加热熔融，逐渐形成高聚物的过程。爱德华兹和罗宾逊首先用二胺和四羧酸二酯通过熔融缩聚制备了聚酰亚胺。熔融缩聚法制备的聚酰亚胺具有生产工艺简单、成本低、可连续生产、反应温度高、单体配比要求严格、反应物粘度高、小分子不易去除、局部过热会产生副反应等优点。聚酰亚胺熔融缩聚法在应

12、用中有一定的局限性。因为所获得的聚酰亚胺的熔点必须低于反应温度，以便在缩聚过程中保持反应混合物处于熔融状态。因此，只有含有至少7个亚甲基的脂肪族二胺适合熔融缩聚。溶液缩聚是一种反应物在溶剂中聚合的方法。溶液缩聚法制备聚酰亚胺有两种方法，即一步法和二步法。一步法是将二酐和二胺在高沸点溶剂中直接加热聚合生成聚酰亚胺，即单体直接合成聚酰亚胺，不生成聚酰胺酸(PAA)或聚酰胺树脂7。两步法是先合成聚酰胺酸或聚酰胺树脂，然后亚胺化。采用溶液缩聚法制备的聚酰亚胺，由于溶剂的存在，可以降低反应温度，避免单体和聚合物的分解，反应稳定，易于控制，与小分子共沸或反应除去，形成的聚酰胺酸溶液可以界面缩聚是指两种互不相容溶液界面附近的缩聚反应，其中两种单体分别溶解。界面缩聚制备聚酰亚胺时，反应条件温和，反应不可逆，对单体配比要求不高，但必须使用高活