聚酰亞胺薄膜熱形變及雜化研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)薄膜作為高性能絕緣材料，以其優(yōu)異的電氣性能、機(jī)械性能、耐高溫和耐輻射性能應(yīng)用于航空航天工業(yè)、電子電氣工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。然而在制造和處理的過程中，聚酰亞胺薄膜較高的熱膨脹系數(shù)(α)，使得產(chǎn)品中存在很大的內(nèi)應(yīng)力，影響了產(chǎn)品性能。為滿足各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芑?、高功能化PI薄膜的需求，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)聚酰亞胺的改性研究開展了大量工作。近十年來，有機(jī)-無機(jī)雜化材料在提高材料的耐熱性、力學(xué)性能及尺寸穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)出潛在的優(yōu)勢，同時(shí)

2、SiO2具有低吸水率、低熱膨脹系數(shù)的特性，因此，制備聚酰亞胺/二氧化硅雜化材料不失為進(jìn)一步提高PI熱穩(wěn)定性的有效手段。本論文建立了測試薄膜熱膨脹系數(shù)的方法，研究薄膜的熱形變行為，通過溶膠-凝膠法在PI基體中引入SiO2無機(jī)組分降低薄膜的α，對(duì)雜化薄膜的結(jié)構(gòu)、熱性能、力學(xué)性能等進(jìn)行了研究。
　　 論文建立了熱機(jī)械分析儀(TMA)測量薄膜試樣α的方法。在分析引起測量誤差的基礎(chǔ)上，通過參比銅箔對(duì)儀器進(jìn)行了校正，獲得TMA的修正參數(shù)。經(jīng)

3、過多次實(shí)驗(yàn)，此方法獲得的修正參數(shù)能較好的對(duì)薄膜試樣的測量結(jié)果進(jìn)行校正，精確得到α數(shù)據(jù)，操作簡單，重復(fù)性好，適用于聚合物、金屬等不同種類薄膜的測定。
　　 采用TMA考查了以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4，4’-二氨基二苯醚(ODA)為單體的聚酰亞胺(PI)薄膜的熱形變行為，對(duì)聚酰亞胺薄膜的亞胺化程度、玻璃化溫度(Tg)進(jìn)行了研究，并與紅外光譜(FTIR-ATR)、差示掃描量熱(DSC)測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于PMDA/ODA體系的

4、PI薄膜，不同的熱亞胺化溫度的薄膜在進(jìn)一步升溫?zé)崽幚磉^程中二次亞胺化，表現(xiàn)為尺寸收縮，且收縮程度隨著亞胺化溫度的提高而減小，當(dāng)熱亞胺化溫度高于320℃，收縮峰接近消失，聚合反應(yīng)完全；與紅外相比，TMA能更加方便的定性亞胺化程度的高低，測得完全亞胺化PI的Tg374.3℃。PI薄膜經(jīng)TMA循環(huán)升降溫掃描后發(fā)現(xiàn)，熱處理能降低制膜過程中的熱應(yīng)力，消除熱歷史后，薄膜的α增大，熱循環(huán)次數(shù)對(duì)α影響小。
　　 采用PMDA和ODA為聚酰亞胺單

5、體原料，通過溶膠-凝膠共混和溶膠-凝膠原位兩種制備方法在PI基體中摻入SiO2粒子，通過掃描電鏡(SEM)、衰減全反射紅外光譜(ATR)表征發(fā)現(xiàn)兩種加料方式均有效地引入SiO2粒子，TMA測試表明雜化聚酰亞胺體系的α降低，當(dāng)SiO2含量為20％(wt))時(shí)，薄膜α降至為1.91×10-5K-1，力學(xué)性能提高，但雜化未明顯提高薄膜的耐熱性。與原位法相比，共混法可以很好的控制SiO2的摻雜量，α小，薄膜的熱穩(wěn)定性好，拉伸強(qiáng)度大，但薄膜中Si

6、O2粒徑較大。
　　 采用不同陳化時(shí)間的酸催化硅溶膠制備SiO2含量一定的聚酰亞胺/二氧化硅雜化薄膜。SEM觀察發(fā)現(xiàn)隨著硅溶膠陳化時(shí)間的延長，雜化薄膜中的SiO2顆粒由棒狀顆粒長大到球體，并逐漸交聯(lián)、變形；薄膜的光學(xué)透明性降低；TMA測得熱膨脹系數(shù)逐漸減小，力學(xué)性能表明拉伸強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)SiO2粒徑小于1μm且均勻分布在基體中時(shí)，薄膜綜合性能最優(yōu)。
　　 綜上所述，本文采用參比銅箔對(duì)TMA進(jìn)行校正，建立了TMA測試