共聚共溷改性聚酰亞胺薄膜的結(jié)構(gòu)與性能

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1、共聚共混改性聚酰亞胺薄膜的結(jié)構(gòu)與性能姓名：陳麗專業(yè)：包裝材料與工程研究方向：包裝材料CAD機(jī)械設(shè)計(jì)摘要:為了考察共聚共混改性對(duì)聚酰亞胺(PI)薄膜性能的影響,文中以4,4二胺基二苯醚(ODA),芳香雜環(huán)二胺(DAMI)和均苯四甲酸酐(PMDA)為單體,通過常溫聚合合成了一系列聚酰亞胺薄膜。采用傅立葉紅外光譜儀(FTIR)、靜態(tài)熱機(jī)械分析儀(TMA)、萬能試驗(yàn)機(jī)以及熱失重儀(TGA)分析了薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明,經(jīng)過共聚共混改性后,PI原分子鏈中引入柔性基團(tuán),使得其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熱分解溫度(Td)下降了將近10%,力學(xué)性能也略有下降,但是其溶解性能得到了改善。關(guān)鍵詞:聚酰亞胺;

2、共聚;共混;改性引言聚酰亞胺(PI)是一類綜合性能非常優(yōu)異的聚合物,由于其具有優(yōu)異的耐高溫、耐低溫、高強(qiáng)高模、高抗蠕變、高尺寸穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)、高電絕緣、低介電常數(shù)與損耗、耐輻射、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)和航空航天材料中。[1]聚酰亞胺的不足之處是不溶、不熔、加工成型難、成本高等,故又限制了其使用。目前,改性聚酰亞胺主要有組成、結(jié)構(gòu)改造、共聚、共混、填充等方法,其中填充改性是一種簡(jiǎn)單有效的方法,既可保持其優(yōu)點(diǎn)又可利用復(fù)合效應(yīng)改善和克服純PI的缺陷從而提高其綜合性能。在PI中加入不同的填料,可以顯著提高其機(jī)械強(qiáng)度、硬度及耐磨性。目前常用的填料主要有無機(jī)填料、金屬及金屬氧化物、納

3、米粒子、雜化填料等。由聚酰亞胺的不足之處可知：降低PI的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以改善其加工性能,是薄膜研究的重點(diǎn)[2]。本文對(duì)PMDA/ODA型PI進(jìn)行研究,由于其結(jié)構(gòu)中雜環(huán)的強(qiáng)極性和很高的極化率會(huì)產(chǎn)生很大的凝聚力,使亞胺單元間的締合力非常高,分子鏈的易動(dòng)性下降,從而使其具有高分解溫度(Td)和Tg。要使其具有可塑性就必須降低其分子間的凝聚力,降低其重復(fù)單元中亞胺單元的相對(duì)濃度[3]。為此本文選用兩種反應(yīng)活性較好的二胺單體和均苯四甲酸酐(PMDA),分別通過共聚和共混的方法,得到兩種系列的聚酰亞胺薄膜,并考察了薄膜的熱性能與力學(xué)性能,以及在常用有機(jī)溶劑中的溶解性。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)原料均

4、苯四甲酸酐(PMDA):純度≥99.0%,常熟市聯(lián)邦化工有限公司;4,4二胺基二苯醚(ODA):純度≥99.5%,蚌埠族光精細(xì)化工有限責(zé)任公司;芳香雜環(huán)二胺(DAMI):江蘇貝日升新材料有限公司;N,N'-二甲基乙酰胺(DMAc):化學(xué)純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;N,N'-二甲基甲酰胺(DMF):純度99.5%,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。1.2試樣制備1.2.1共聚型聚酰亞胺:準(zhǔn)確稱取一定摩爾比(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)的ODA和DAMI,常溫下采用兩步法制得聚酰胺酸(PAA)。采用流延法,對(duì)PAA進(jìn)行熱亞胺化處理,得到淡黃色透明的聚酰亞胺薄膜(PI),相應(yīng)記為PI-a-

5、1,PI-a-2,PI-a-3,PI-a-4,PI-a-5。聚合流程如Fig.1所示。Fig.1Synthesisofcopolyimide1.2.2共混型聚酰亞胺:采用兩步法,制得兩種PAA溶液(PMDA/ODA和PMDA/DAMI型),然后將兩種PAA溶液以一定的比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)混合,連續(xù)攪拌2h~3h,形成共混型PAA溶液。熱亞胺化法處理PAA溶液,分別得到PI-b-1,PI-b-2,PI-b-3,PI-b-4,PI-b-5系列PI薄膜。1.3薄膜性能表征采用傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀(FT-IR-ATR)(德國(guó),BRUKEROPTICS)測(cè)試薄膜的

6、結(jié)構(gòu)特征峰;采用Diamond系列靜態(tài)熱機(jī)械分析儀(TMA)(美國(guó),PerkinElmer)測(cè)定薄膜的熱膨脹系數(shù)(CTE)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),升溫速率為10℃/min,載荷為50mN,CTE取50℃~200℃平均值;采用STA409PC同步熱分析儀(德國(guó),Netzsch)測(cè)定薄膜的熱分解溫度(Td),O2保護(hù),升溫速率為10℃/min;采用CMT4204微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)(中國(guó),新三思),按國(guó)標(biāo)GB/T1040-92測(cè)定薄膜的拉伸性能。2結(jié)果與討論2.1FTIRATR分析Fig.2是不同二胺配比共聚型PI薄膜的紅外譜圖。由圖可見,各薄膜均在1776cm-1,1715cm-1附近處

7、出現(xiàn)了尖銳的亞胺羰基吸收峰,1366cm-1的C-N峰,720cm-1亞胺環(huán)峰,而聚酰胺酸的特征峰1660cm-1、1550cm-1、1710cm-1消失,表明薄膜樣品亞胺化比較完全[4]。同時(shí),隨著柔性基體含量的增加,1000cm-1處的硫氧鍵、1200cm-1處的硫碳鍵特征峰越發(fā)明顯[5],驗(yàn)證了柔性基體中兩種鍵的存在。Fig.2FT-IR-ATRspectrumofcopolyimides2.2玻璃化轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)中,改