聚酰亚胺基纳米复合材料的制备及其性能研究

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聚酰亚胺(PI)以优异的性能在航空航天和民用方面的应用越来越广,人们将聚酰亚胺与SiO2、TiO2等无机物制成杂化材料,并取得了一定的成果。本文以3,3’4,4-二甲酮四羧酸二酐(BTDA)和3,4,3’,4’-联苯四羧酸二酐(s-BPDA)为二酐单体,以4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,采用超声分散-原位聚合法合成了一系列分别掺杂SiO2纳米粒子、TiO2纳米管和多壁碳纳米管(MWNTs)的聚酰胺酸前驱体,再浇注热酰亚胺化得到聚酰亚胺复合薄膜。做了如下研究内容:1制备了PI(BTDA-ODA)/SiO2纳米粒子薄膜,采用FT-IR、UV-vis、XRD、SEM、TGA、TEM、DMA等手段对复合薄膜的结构、形貌及性能等进行了表征,通过对复合薄膜电阻的测量,考察了纳米粒子含量对复合薄膜导电性能的影响。实验结果表明薄膜的亚胺化很完全,SiO2纳米粒子与PI基体之间存在着一定的键合,影响了原来PI分子链的有序程度,纳米粒子的分散均匀。随着SiO2纳米粒子的含量增加,微粒尺寸逐渐增大,薄膜的透光性降低,热稳定性增加,薄膜的体积电阻率增大,介电常数降低,提高玻璃化转变温度;2制备了PI(BTDA-ODA)/TiO2纳米管薄膜,采用FT-IR、UV-vis、XRD、TEM、TGA等手段对复合薄膜的结构、形貌及性能等进行了表征。实验结果表明薄膜的亚胺化很完全,TiO2纳米管与PI基体产生交联构成网络,影响了原来PI分子链的有序程度,纳米管的分散均匀。随着TiO2纳米管的含量增加,微粒尺寸逐渐增大,薄膜的透光性降低,热稳定性降低;3制备了PI(s-BPDA-ODA)/MWNTs薄膜:依次用混酸和氯化亚砜对MWNTs进行改性,解决了碳纳米管易于成束、在有机溶剂不能溶解的问题,改善了其和基体聚酰亚胺的相容性,使其在制备的复合薄膜中均匀分散。采用XPS. NMR, FT-IR, UV-vis、XRD、SEM. TGA、TEM、DMA等手段对改性前后碳纳米管和复合薄膜的结构、形貌及性能等进行了表征,通过对复合薄膜电阻的测量,考察了碳纳米管含量对复合薄膜导电性能的影响。实验结果表明MWNTs的加入对聚酰亚胺基体的化学结构没有明显影响,也保持了基体良好的耐热性能,通过对复合薄膜的吸水性能研究,随着碳纳米管含量的增加,复合薄膜的体积吸水性率逐渐增大。通过对比不同碳纳米管含量的复合膜的电阻率,发现随着碳纳米管含量的增加,复合材料的导电能力有了很大的提高。以上制备的聚酰亚胺基纳米复合材料具有优异的热性能、力学性能和电性能,可望在工程塑料和航天航空等领域得到更广阔的应用。
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