Parylene C膜光氧老化研究

论文摘要

Parylene C（聚氯代对二甲苯的商品名）是一种性能优异的新型保护性涂层材料，被广泛应用于航空、航天、军工、微电子、半导体、医疗、文保等方面的隔离保护。针对Parylene C膜的光氧老化特征，本文主要研究Parylene C膜在不同光氧老化环境下结构和性能的变化，以期掌握其环境适应性。本文通过氙灯耐侯老化实验箱，建立了Parylene C膜光氧加速老化的实验方法；采用原子力显微镜（AFM）、差示扫描量热计（DSC）、X光电子能谱（XPS）、红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV-VIS）以及裂解气相色谱-质谱（PGC／MS）等分析手段表征了光氧老化前后样品外观形貌、聚集态结构以及链结构的变化；通过Gaussian 03W程序包对光氧老化产物的几何结构进行理论计算，分析了其结构的稳定性；研究了光氧老化对ParyleneC膜热性能、力学性能和透湿性的影响；初步探讨了Parylene C膜的光氧老化机理。研究结果表明，太空型滤光器在34h内可以使样品发生明显的色变，与自然曝晒结果相近，而户外型滤光器照射168h后，其老化现象仍不明显。说明Parylene C膜对于短波长的紫外光较为敏感。光氧老化后，Parylene C膜出现了不同程度的“黄化”现象，其表面粗糙度增加。主链上的CH2-CH2链节容易被氧化，生成（?）基团，随着老化程度的增加，氧含量增加而趋于饱和。由于分子链中氧原子的引入，使得分子间的作用力改变，在老化初期，结晶度提高，老化达到一定程度后，结晶度降低，交联度提高，玻璃化温度上升，Parylene C膜的压入模量和硬度等力学参数随光氧老化程度增加而增加，其透湿率则先减小，后又提高。分析认为主要是材料的结晶度和交联度影响了Parylene C膜的力学性能和透湿性能。光氧老化后，Parylene C膜的热性能下降，氧化后（?）链节比CH2-CH2链节更易断裂生成系列小分子链物质和低分子物质。通过分析初步认为，Parylene C膜的光氧老化可能是自由基反应的过程。通过本课题研究，运用了一系列能够体现Parylene C膜结构和性能变化信息的有效表征方法，拓展了纳米压痕测试技术在膜材料力学性能测试领域的应用，掌握了ParyleneC膜的光氧老化特性及环境适应性，初步获得了光氧老化对于Parylene C膜结构和性能的影响规律。研究结果为进一步拓展Parylene C膜的应用和防护奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• 第一章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 PC膜的研究现状
• 1.2.1 PC膜的制备
• 1.2.2 PC膜的性能
• 1.2.3 PC膜的应用前景
• 1.3 PC膜的老化研究现状
• 1.3.1 PC膜的热氧老化
• 1.3.2 PC膜的辐射老化
• 1.3.3 PC膜的光氧老化
• 1.4 PC膜光氧老化研究中存在的问题
• 1.5 PC膜光氧老化研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 光氧老化实验设计
• 2.1.1 自然气候光氧老化实验
• 2.1.2 人工加速光氧老化实验
• 2.2 结构和性能表征设计
• 2.2.1 结构表征
• 2.2.2 性能表征
• 2.3 小结
• 第三章 PC膜光氧老化后结构研究
• 3.1 光照后PC膜表面形态的变化
• 3.1.1 颜色变化
• 3.1.2 表面形貌的变化
• 3.2 聚集态结构分析
• 3.2.1 PC膜的熔融焓
• 3.2.2 PC膜玻璃化温度Tg
• 3.3 光氧老化后PC膜分子链结构分析
• 3.3.1 X-光电子能谱分析
• 3.3.2 PC膜的红外光谱分析
• 3.3.3 紫外-可见光谱分析
• 3.3.4 裂解气相色谱质谱法
• 3.4 小结
• 第四章 PC膜光氧老化后性能变化
• 4.1 热性能分析
• 4.1.1 热重/微商热重研究结果
• 4.1.2 差示扫描量热法研究结果
• 4.2 力学性能分析
• 4.2.1 纳米压痕测试方法
• 4.2.2 部分老化试样的压痕试验结果
• 4.3 透湿性分析
• 4.4 小结
• 第五章 PC膜光氧老化理论研究
• 5.1 PC膜结构的模拟计算
• 5.1.1 密度泛函和自然键轨道理论
• 5.1.2 PC结构的计算
• 5.1.3 氧化后PC结构的计算
• 5.1.4 PC膜结构计算结果
• 5.2 PC膜的光氧老化机理
• 5.2.1 PC膜的光降解过程
• 5.2.2 PC膜的光氧化机理
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录