PI/SiO2纳米杂化薄膜力学性能及电性能研究

论文摘要

聚酰亚胺（PI）是一种高性能聚合物材料,具有优异的热稳定性,优良的力学性能及电性能,主要应用于电气绝缘和微电子工业领域。近年来,随着我国高新技术及相关产业的发展,对聚酰亚胺薄膜的性能提出了更高的要求。各国学者针对聚酰亚胺改性的研究做了大量的工作,其中以聚酰亚胺/无机纳米杂化材料的研究居多,但对杂化材料的力学性能、电性能等方面的研究结论各不相同,理论分析不够深入。本文采用溶胶-凝胶法将二氧化硅与聚酰亚胺在纳米尺度上进行复合,制备PI/SiO2纳米杂化薄膜。在制备过程中,有机相采用4, 4′-二氨基二苯醚（ODA）和均苯四甲酸二酐（PMDA）体系,无机相通过前驱体正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTEOS）水解缩合制得。采用红外光谱对杂化薄膜的化学结构进行分析,结果表明本实验工艺路线能够将二氧化硅引入聚酰亚胺基质中。扫描电镜及原子力显微镜分析表明,二氧化硅在聚酰亚胺基质中分散均匀,在一定二氧化硅含量范围内,无机粒子呈纳米级分散,不同无机前驱体制备的杂化薄膜中无机粒子形态不同,以TEOS为无机前驱体（A体系）制备的杂化薄膜中二氧化硅粒子呈球形,以MTEOS为无机前驱体（B体系）制备的杂化薄膜中二氧化硅粒子呈棒状。广角X射线衍射试验测试表明,二氧化硅的掺杂破坏了聚酰亚胺分子排列的有序程度。采用万能拉力实验机进行拉伸实验,测得杂化薄膜的拉伸强度和断裂伸长率。结果表明,A体系杂化薄膜的拉伸强度和断裂伸长率达到最大时二氧化硅的掺杂量为3wt%,B体系为1wt%。二氧化硅的引入对杂化薄膜力学性能的影响既有有利因素,也有不利因素。纳米级二氧化硅在聚酰亚胺基质中起到交联作用,有利于提高杂化薄膜的拉伸强度和断裂伸长率,而对聚酰亚胺分子排列有序度的破坏是导致力学性能下降的主要因素。本文着重讨论了杂化薄膜的电性能及其影响因素,针对不同电性能参数,影响因素及结论各不相同。影响杂化薄膜介电系数和介电损耗的主要因素是杂化薄膜中极性基团的数量和有机/无机两相间的结合情况,A、B体系杂化薄膜的介电系数均高于纯聚酰亚胺薄膜,但随频率增大变化不明显;介电损耗随频率的增大明显增加。A体系杂化薄膜体积电导率随二氧化硅含量的增加而增大,B体系杂化薄膜则在二氧化硅含量为12.5wt%时达到最大,超过此含量则呈下降趋势。二氧化硅的引入增加了杂化薄膜的热传导性,同时纳米粒子具有的高表面能对吸收和消耗能量有显著的作用,在一定程度上抑制了杂化薄膜热击穿和电击穿的发生,从而提高了杂化薄膜的击穿强度。二氧化硅的掺杂量直接影响杂化薄膜的耐电晕性,A、B体系杂化薄膜的耐电晕时间分别在二氧化硅含量为30wt%和25wt%时达到最大,比纯聚酰亚胺薄膜提高了近47倍。

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ABSTRACT

第1章绪论

1.1 聚酰亚胺的发展及应用

1.1.1 聚酰亚胺概述

1.1.2 聚酰亚胺种类及性能

1.1.3 聚酰亚胺的应用

1.2 纳米掺杂聚酰亚胺的研究概况

1.2.1 纳米掺杂聚酰亚胺的制备方法

1.2.2 纳米掺杂聚酰亚胺的研究进展

1.2.3 纳米掺杂聚酰亚胺的国内外研究概况

1.3 课题研究内容及意义

2杂化薄膜的制备及表征'>第2章 PI/SiO₂杂化薄膜的制备及表征

2 杂化薄膜的制备'>2.1 PI/SiO₂杂化薄膜的制备

2.1.1 原料

2.1.2 原料处理

2 杂化胶液制备'>2.1.3 PI/SiO₂杂化胶液制备

2 杂化薄膜制备'>2.1.4 PI/SiO₂杂化薄膜制备

2.2 测试与表征

2 杂化薄膜化学结构分析'>2.3 PI/SiO₂杂化薄膜化学结构分析

2 杂化薄膜微结构分析'>2.4 PI/SiO₂杂化薄膜微结构分析

2.5 本章小结

2纳米杂化薄膜力学性能分析'>第3章 PI/SiO₂纳米杂化薄膜力学性能分析

2 纳米杂化薄膜的韧性'>3.1 PI/SiO₂纳米杂化薄膜的韧性

2 纳米杂化薄膜的拉伸强度和断裂伸长率'>3.2 PI/SiO₂纳米杂化薄膜的拉伸强度和断裂伸长率

3.3 本章小结

2纳米杂化薄膜电性能分析'>第4章 PI/SiO₂纳米杂化薄膜电性能分析

2 纳米杂化薄膜的导电性'>4.1 PI/SiO₂纳米杂化薄膜的导电性

2 纳米杂化薄膜的介电强度'>4.2 PI/SiO₂纳米杂化薄膜的介电强度

2 纳米杂化薄膜的耐电晕性'>4.3 PI/SiO₂纳米杂化薄膜的耐电晕性

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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