CNFs/PEI复合材料薄膜的制备及介电性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wendychenwang
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近年来,无论是在电子电力,还是在航天军工、能源信息等高新技术产业,聚合物基复合材料的应用已经发展得极为广泛,正在向结构-功能一体化材料方向发展。聚合物基复合材料可提供特殊的介电性能,如具有超高或超低的介电常数,同时还有着优异的力学强度以及可加工性能,可广泛用在电容器及微电子领域。   本文以新型一维纳米材料-碳纳米纤维为填料,选用聚醚酰亚胺为树脂基体,分别采用静电纺丝和涂覆法制备碳纳米纤维/聚合物基复合材料薄膜。对聚醚酰亚胺的静电纺丝工艺及影响因素进行探索研究,并主要针对碳纳米纤维/聚醚酰亚胺纤维膜和涂覆膜的介电性能进行了讨论和分析。   针对静电纺丝法制备聚醚酰亚胺纤维,系统地研究了溶剂、纺丝液浓度、空气湿度、碳纳米纤维对聚醚酰亚胺静电纺丝过程及纤维形貌的影响。研究发现溶剂决定了聚醚酰亚胺的可纺性,选定N-甲基吡咯烷酮为溶剂,制备聚醚酰亚胺纤维膜进行后续研究。空气湿度严重影响纤维的形貌,当空气湿度为40%时可以得到形态均匀的聚醚酰亚胺纤维膜。随着纺丝液浓度的增加,聚醚酰亚胺纤维平均直径从405nm增大至3.25μm。碳纳米纤维的加入影响了纤维的微观形貌,对碳纳米纤维进行超声粉碎,可降低碳纳米纤维的长径比,明显改善碳纳米纤维在聚醚酰亚胺复合纤维中的分散,且使复合纤维直径进一步降低。   对碳纳米纤维/聚醚酰亚胺复合材料薄膜的介电性能、热性能及力学性能研究发现,碳纳米纤维的加入可以显著提高碳纳米纤维/聚醚酰亚胺涂覆膜的介电常数和力学性能。相比较于聚醚酰亚胺涂覆膜,聚醚酰亚胺纤维膜的介电常数很低,范围是1.1-1.62,且随频率的变化基本保持稳定,同时介电损耗也维持在极低的水平。纺丝液浓度、纤维膜的接收方式以及热牵伸处理都会对聚醚酰胺纤维膜的介电性能产生影响。碳纳米纤维的加入对聚醚酰亚胺纤维膜的介电常数影响不大,当碳纳米纤维含量为5wt%时,碳纳米纤维/聚醚酰亚胺纤维膜的介电常数也仅提高至1.92,不过碳纳米维的加入可有效增强纤维膜的热稳定性和尺寸稳定性,也可显著提高纤维膜的力学强度。
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