论文摘要
聚酰亚胺（Polyimide,简称PI）作为一种高性能工程材料,在高温下具有优异的物理和化学性能,如高耐热性、优良的力学性能、优异的绝缘性能等,已作为多种材料广泛应用于微电子包装、高温粘合剂及复合材料等工业领域。由于近年来电力资源的短缺越来越严重,电机电器不断向大容量、小型化和低能耗方向发展,加上变频调速等新技术的逐渐应用,对绝缘材料的强度、热稳定性能及绝缘性能等提出了更高的要求。众多国内外学者的研究表明:SiO2、Al2O3和TiO2等无机材料具有非常优异的物理化学性能,采用溶胶-凝胶法将其纳米粒子引入到聚酰亚胺基体中,能在一定程度上改善聚酰亚胺的性能,如增强尺寸稳定性、降低热膨胀性、提高热性能等;同时,得到的聚酰亚胺/无机物纳米复合材料可表现出非常优异的综合性能。目前为止,国内外对PI/SiO2纳米杂化薄膜已经进行了大量的研究,主要集中在PI/SiO2纳米杂化薄膜合成及二氧化硅的引入对杂化薄膜的微观形貌、热分解温度和玻璃化转变温度等的影响,关于不同掺杂条件对PI/SiO2杂化薄膜聚集态结构的影响及聚集态与杂化薄膜热性能的关系,鲜有较为系统的研究。本论文通过溶胶-凝胶两相同步原位合成途径,以均苯四甲酸二酐和4,4′-二胺基二苯醚为有机单体,通过其在N, N-二甲基乙酰胺中的逐步缩聚反应制备聚酰胺酸;分别以正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷为无机前驱体,3-氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂,通过其在聚酰胺酸溶液中的水解缩合反应原位产生二氧化硅纳米粒子合成聚酰胺酸/有机硅溶液,通过热亚胺化成型为PI/SiO2纳米杂化薄膜,以TEOS为无机前驱体,称为PI/TEOS-SiO2纳米杂化薄膜,以MTEOS为无机前驱体,称为PI/MTEOS-SiO2纳米杂化薄膜。采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、广角X射线衍射仪（WAXD）、热重分析仪（TG）和差示扫描量热仪（DSC）分别表征和分析杂化薄膜的化学结构、聚集态结构和热性能,结果表明:溶胶-凝胶两相同步原位合成途径能将无机二氧化硅均匀的分散到聚酰亚胺基质中,实测含量与理论含量偏差很小。随SiO2含量的增加,PI/TEOS-SiO2杂化薄膜中,无机相由孤立球形粒子逐渐形成网络结构,PI/MTEOS-SiO2杂化薄膜,无机相由小尺寸棒状粒子逐渐团聚成大尺寸粒子。二氧化硅的加入,不仅降低了聚酰亚胺的玻璃化转变温度,延长了玻璃化转变区域,同时提高了聚酰亚胺的热稳定性,但PI/MTEOS-SiO2杂化薄膜的热稳定性优于PI/TEOS-SiO2杂化薄膜。本论文亦讨论了二氧化硅前驱体、杂化薄膜制备工艺及偶联剂等对杂化薄膜的聚集态结构和热性能的影响。
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