论文摘要
无机纳米改性聚合物基复合材料由于其独特的性能已引起人们广泛的关注,成为材料领域研究的热点之一。主要是由于它部分克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷,使材料既具有无机材料的优点又具有聚合物材料的优点,而且由于无机粒子在聚合物基体中是以纳米粒子的形式均匀分布的,使材料的某些性能有了较大的提高。聚酰亚胺（PI）作为一种高性能工程塑料,在宽广的温度范围内表现出优异的物理、化学和电性能,其制品应用非常广泛。但作为绝缘材料使用的粘合剂和浸渍漆在纳米改性方面的研究还鲜有报道。本文在双马来酰亚胺树脂的基础上,提出了采用较高聚合度（n=15）的聚合物为可聚合反应单体,提高了材料的韧性,溶解性也有所改善,可溶于DMAc、DMF、NMP等非质子极性溶剂;封端剂的选择:热固性聚酰亚胺的结构中含有双键可形成交联网络结构,该结构可大大地提高材料的击穿场强和耐电晕寿命,同时,交联网络结构使无机纳米材料在其中穿插性更好,有利于提高无机.有机两相的相容性。本文首次提出了以热固性聚酰亚胺为基体,掺杂无机纳米氧化铝的设计思想。以异丙醇铝（Apr-Al）为无机前驱体,采用Sol-gel法合成了纳米氧化铝,并用反加料法制备了氧化铝/纳迪克PI杂化材料。随着氧化铝掺杂量的增加耐热性能和耐电晕性能呈现单调上升趋势。当氧化铝掺杂量为16wt%、试样厚度25μm、电场强度60kV/mm时,在钢板上的试样耐电晕时间为62h,考虑到钢板具有较好的散热作用,因而耐电晕时间略长于Kapton100CR,但本文无机掺杂量仅为16wt%,而Kapton100CR的无机掺杂量为23wt%;击穿场强为196kWmm,是国家相应标准的280%;另外,耐电晕性能也与材料的厚度有关,材料越厚耐电晕时间越长。本文制备了氧化铝/EP-PI复合材料。随着无机掺杂量的增加其耐热性和耐电晕性能增强,介电常数和介电损耗呈上升趋势。当无机掺杂量为16wt%、试样厚度25μm、电场强度60kV/mm时,在钢板上试样的耐电晕寿命为49h,与Kapton100CR接近,击穿场强为180kV/mm,是国家相应标准的250%;剪切强度和快速拉伸强度测试结果表明,氧化铝/EP-PI复合材料比氧化铝/PI复合材料有大幅度提高,主要原因是引入了环氧树脂,其结构中含有羟基,羟基具有较强的粘结强度的缘故。本文采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对复合材料的化学结构进行分析,证实了复合材料中有氧化铝组分存在,通过能谱分析点扫描和面扫描测定了铝含量,同时利用扫描电镜平面、脆断面及原子力显微镜等手段考察了偶联剂（乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷（A-172））对无机组分改性高聚物材料分散性的影响,分析了复合材料的聚集状态。结果表明:偶联剂有助于提高无机相在有机相中的分散性,主要原因是由于偶联剂减弱了无机相活性基团间相互作用,降低了二次粒子团聚的可能性。通过大量实验证实:纳米复合材料性能变化规律不同于传统的复合材料。在复合材料中由于氧化铝结构中存在活性基团可与有机相中的活性交联点形成一定的相互作用,两相间形成了互穿网络结构,随着氧化铝质量分数的增加,两相的相互渗透和包裹现象越明显。影响纳米复合材料性能的主要因素是界面结构,而且纳米材料具有强烈的表面效应、尺寸效应、量子隧道效应等特性,从而使纳米复合材料呈现出特殊性能。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 聚酰亚胺简介1.2 聚酰亚胺的应用1.3 聚酰亚胺的改性1.4 双马来酰亚胺树脂的增韧改性1.4.1 通过改变交联网络的化学结构提高网链的活动能力1.4.2 自增韧双马来酰亚胺树脂1.5 聚酰亚胺国内外发展现状1.5.1 可溶性聚酰亚胺的研究概况1.5.2 无机纳米掺杂改性聚酰亚胺的研究概况1.6 聚酸亚胺树脂在黏合剂上的应用1.6.1 聚酰亚胺胶粘剂的性能1.6.2 聚酰亚胺胶粘剂的分类1.7 课题研究意义及主要研究内容1.7.1 研究意义1.7.2 主要研究内容第2章 基础理论2.1 溶胶-凝胶法基本理论2.2 复合材料界面的形成2.3 纳米微粒的基本理论2.3.1 非电解质吸附2.3.2 电解质吸附2.4 影响纳米材料分散性的因素2.4.1 形成共价键2.4.2 形成离子键2.4.3 形成配位键2.4.4 亲和作用2.5 聚合物结构与性能的关系2.6 本章小结第3章 热固性聚酰亚胺制备及改性研究3.1 热固性聚酰亚胺的合成3.1.1 原材料3.1.2 检测设备3.1.3 热固性聚酰亚胺的合成3.2 合成工艺研究3.2.1 反应时间3.2.2 聚酰亚胺预聚体可溶性测定3.2.3 固化温度3.2.4 物料的比例3.3 四种热固性聚酰亚胺制备及性能研究3.3.1 热固性聚酰亚胺的制备3.3.2 热固性聚酸亚胺耐热性能分析3.4 活性稀释剂改性纳迪克聚酰亚胺3.4.1 改性纳迪克聚酰亚胺的制备3.4.2 活性稀释剂对纳迪克聚酸亚胺性能影响3.5 本章小结第4章 氧化铝/纳迪克PI复合材料制备和性能研究4.1 氧化铝/纳迪克PI复合材料的制备4.1.1 原材料4.1.2 氧化铝杂化胶液制备4.1.3 氧化铝/纳迪克PI复合材料制备4.1.4 氧化铝/纳迪克PI复合材料无机掺杂量测定4.2 氧化铝/纳迪克PI复合材料化学结构分析4.3 氧化铝/纳迪克PI复合材料微结构分析4.3.1 扫描电子显微镜分析4.3.2 原子力显微镜分析4.4 偶联剂的分散作用4.5 氧化铝/纳迪克PI复合材料热性能分析4.6 氧化铝/纳迪克PI复合材料介电性能测试与分析4.6.1 相对介电常数和介电损耗相关理论4.6.2 试验装置和试样处理4.6.3 测试结果与分析4.7 氧化铝/纳迪克PI复合材料耐电晕性能测试与分析4.7.1 耐电晕机理和测试方法4.7.2 耐电晕性能的影响因素4.7.3 测试结果分析4.8 氧化铝/纳迪克PI复合材料击穿强度的测试与分析4.8.1 击穿强度的测试4.8.2 结果分析4.9 氧化铝/纳迪克PI复合材料机械性能的测试与分析4.9.1 拉伸剪切强度4.9.2 快速拉伸强度4.10 本章小结第5章 氧化铝/EP-PI复合材料的制备及性能研究5.1 氧化铝/EP-PI复合材料的制备5.1.1 原材料5.1.2 氧化铝/EP-PI复合材料的制备5.2 氧化铝/EP-PI复合材料微结构分析5.2.1 原子力显微镜分析5.2.2 扫描电镜分析5.3 氧化铝/EP-PI复合材料耐热性能分析5.4 氧化铝/EP-PI复合材料机械性能分析5.4.1 拉伸剪切强度5.4.2 快速拉伸强度5.5 氧化铝/EP-PI复合材料介电性能分析5.6 氧化铝/EP-PI复合材料耐电晕性能及击穿强度分析5.6.1 耐电晕性能5.6.2 击穿场强5.7 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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