聚酰胺酸碳纤维复合薄膜的研究毕业论文

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1、1前言1.1聚酰亚胺1.1.1概述聚酰亚胺(PI)是一类以酰亚胺环为结构特征的高性能聚合物材料,有十分稳定的芳杂环结构，使其体现出其他高分子材料所无法比拟的综合性能[1]。其的优异性能很大程度上取决于预聚体聚酰胺酸的分子质量以及亚胺化程度等因素[9]。聚酰亚胺的合成方法可以分为两类，第一类是在聚合过程中，或在大分子反应中形成酰亚胺环；第二类是以含有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。由于合成聚酰亚胺的单体种类多种多样，聚酰胺化分热环化和化学环化两种，这样，合成途径便多样，可以制备出一系列不同结构和性能的聚酰亚胺，结构式如图1.1所示。图1.1聚酰亚胺分

2、子式Figure1.1polyimidemolecularformula聚酰亚胺性能拔尖，具有多种途径；且应用领域极其广泛[1]。其主要性能如下：（1）优异的耐高温性能，对于全芳香聚酰亚胺，其开始分解温度一般都在500℃左右，是热稳定性能最高的品种之一；（2）可耐极低温，在-269℃的液态氮中仍不会脆裂；（3)良好的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100MPa以上，作为工程塑料，弹性模量通常为3～4GPa，纤维可达200GPa；(4)可以利用碱性水解回收二胺和二酐；（5）低热膨胀系数；高耐辐照性能；很好的介电性能，介电常数为3.4左右；（6）

3、良好的自熄性，发烟率低；（7）极高的真空下放气量很少；（8)无毒可用来制餐具或医疗器具，经得起千次消毒，某些聚酰亚胺具有很好的生物相容性等等。由于上述聚酰亚胺性能和合成化学上的特点，使其具有广阔的应用，塑料、复合材料、薄膜、胶粘剂、纤维、泡沫、液晶取向剂、分离膜、光刻胶等，聚酰亚胺在每一个应用领域都显示了其突出的性能，在许多领域已成为不可替代的材料[3]。1.1.2国内外发展状况20世纪60年代初杜邦公司推出的Kapton聚酰亚胺薄膜(PMDA-ODA型),它具有优良的机械、电、热性能,被广泛应用于电工、微电子和机械化工等行业;又由于它良好的耐辐

4、射性,在航空、航天等尖端技术领域也得到应用。自1969年由法国Rhone-Poulene公司双马来酰亚胺树脂研制成功以来，美国、英国、德国、日本和中国等国家都相继进行了研究开发。美国国家航空航天局（NASA）成功研制了当前具有代表性的PMR热固性聚酰亚胺树脂PMR-15。2006年孙自淑，合成出一系列可溶于强极性溶剂、特性粘数在0.675~1.08dL/g之间的光敏聚酰亚胺材料[3]。2008年美国GE塑料集团推出Extem系列热塑性聚酰亚胺（TPI）树脂，这是一种新型的无定形聚合物，性能卓越，可免除某些半结晶材料、酰亚胺类热固性塑料和其它无定形

5、热塑性塑料的缺点。此外，Extem树脂而具有内在的阻燃特性，用卤系阻燃剂。目前中科院长春应化所开发了一种新的聚酰亚胺合成工艺，开辟了一条新的氯代苯酐合成聚酰亚胺反应途径。我国对聚酰亚胺的研究开发始于1962年,目前研究开发已形成了合理的结构和布局,生产能力已达700t/d。随着我国航空、航天、电器、电子工业和汽车工业的发展,聚酰亚胺行业也将有较大的发展[18]。中国科学院化学研究所专门从事PMR聚酰亚胺的研究开发，中国科学院化学研究所研制的短纤维和颗粒增强聚酰亚胺复合材料是以PMR型304-KH热固性聚酰亚胺为基体的树脂，其具有优良的力学性能、耐

6、腐蚀性能、抗辐射性能、自润滑性能、耐磨耗性能、耐高温氧化性能和加工性[7]。1.1.3聚酰亚胺的改性研究聚酰亚胺分子主链上一般含有苯环和酰亚胺环结构，由于电子极化和结晶性，致使聚酰亚胺存在较强的分子链间作用，引起聚酰亚胺分子链紧密堆积，从而导致聚酰亚胺存在着以下缺点：（1）传统的聚酰亚胺不溶又不熔，难以加工；（2）制成的薄膜用于微电子工业尚存在降低线膨胀系数与机械强度难以兼顾，用于光通信行业则存在透明性差的问题，影响使用效果；（3）粘结性能不理想；（4）固化温度太高，合成工业要求高。与此同时，由于原材料价格昂贵，生产成本居高不下，且合成的中间产物

7、聚酰胺酸遇水极易水解，性能不稳定，需低温冷藏，难以运输、保存。为解决这些问题并不断开发聚酰亚胺新的性能及应用领域，人们进行了多方面的研究探索。目前，对聚酰亚胺改性的研究主要集中在以下几个方面：（1）合成方法的改性；（2）结构改性。主要是在聚酰亚胺主链引入硅、氟等柔性结构单元；在侧链上引入功能型侧基，引入扭曲和非平面结构。（3）复合改性。包括聚酰亚胺与其它高分子材料的复合和聚酰亚胺与无机材料的复合两部分。无机物具有高强度、高刚性、高硬度而适于作为结构材料，无机物和聚酰亚胺复合，可降低聚酰亚胺的热膨胀系数，提高物理机械性能，改善成型加工性[10]。随

8、着有机-无机填料复合材料的研究热潮，聚酰亚胺/碳纤维复合材料已经成为人们的一个研究热点。1.1.4展望聚酰亚胺作为很有前途的高分子材料已