共聚共溷改性聚酰亚胺薄膜的结构与性能

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1、共聚共混改性聚酰亚胺薄膜的结构与性能姓名：陈丽专业：包装材料与工程研究方向：包装材料CAD机械设计摘要:为了考察共聚共混改性对聚酰亚胺(PI)薄膜性能的影响,文中以4,4二胺基二苯醚(ODA),芳香杂环二胺(DAMI)和均苯四甲酸酐(PMDA)为单体,通过常温聚合合成了一系列聚酰亚胺薄膜。采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、静态热机械分析仪(TMA)、万能试验机以及热失重仪(TGA)分析了薄膜的结构和性能。结果表明,经过共聚共混改性后,PI原分子链中引入柔性基团,使得其玻璃化转变温度(Tg)和热分解温度(Td)下降了将近10%,力学性能也略有下降,但是其溶解性能得到了改善。关键词:聚酰亚胺;

2、共聚;共混;改性引言聚酰亚胺(PI)是一类综合性能非常优异的聚合物,由于其具有优异的耐高温、耐低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定、低热膨胀系数、高电绝缘、低介电常数与损耗、耐辐射、耐腐蚀等优点而被广泛应用于微电子工业和航空航天材料中。[1]聚酰亚胺的不足之处是不溶、不熔、加工成型难、成本高等,故又限制了其使用。目前,改性聚酰亚胺主要有组成、结构改造、共聚、共混、填充等方法,其中填充改性是一种简单有效的方法,既可保持其优点又可利用复合效应改善和克服纯PI的缺陷从而提高其综合性能。在PI中加入不同的填料,可以显著提高其机械强度、硬度及耐磨性。目前常用的填料主要有无机填料、金属及金属氧化物、纳

3、米粒子、杂化填料等。由聚酰亚胺的不足之处可知：降低PI的玻璃化转变温度(Tg)以改善其加工性能,是薄膜研究的重点[2]。本文对PMDA/ODA型PI进行研究,由于其结构中杂环的强极性和很高的极化率会产生很大的凝聚力,使亚胺单元间的缔合力非常高,分子链的易动性下降,从而使其具有高分解温度(Td)和Tg。要使其具有可塑性就必须降低其分子间的凝聚力,降低其重复单元中亚胺单元的相对浓度[3]。为此本文选用两种反应活性较好的二胺单体和均苯四甲酸酐(PMDA),分别通过共聚和共混的方法,得到两种系列的聚酰亚胺薄膜,并考察了薄膜的热性能与力学性能,以及在常用有机溶剂中的溶解性。1实验部分1.1实验原料均

4、苯四甲酸酐(PMDA):纯度≥99.0%,常熟市联邦化工有限公司;4,4二胺基二苯醚(ODA):纯度≥99.5%,蚌埠族光精细化工有限责任公司;芳香杂环二胺(DAMI):江苏贝日升新材料有限公司;N,N'-二甲基乙酰胺(DMAc):化学纯,上海凌峰化学试剂有限公司;N,N'-二甲基甲酰胺(DMF):纯度99.5%,国药集团化学试剂有限公司。1.2试样制备1.2.1共聚型聚酰亚胺:准确称取一定摩尔比(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)的ODA和DAMI,常温下采用两步法制得聚酰胺酸(PAA)。采用流延法,对PAA进行热亚胺化处理,得到淡黄色透明的聚酰亚胺薄膜(PI),相应记为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共混型聚酰亚胺:采用两步法,制得两种PAA溶液(PMDA/ODA和PMDA/DAMI型),然后将两种PAA溶液以一定的比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)混合,连续搅拌2h~3h,形成共混型PAA溶液。热亚胺化法处理PAA溶液,分别得到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叶变换衰减全反射红外光谱仪(FT-IR-ATR)(德国,BRUKEROPTICS)测试薄膜的

6、结构特征峰;采用Diamond系列静态热机械分析仪(TMA)(美国,PerkinElmer)测定薄膜的热膨胀系数(CTE)和玻璃化转变温度(Tg),升温速率为10℃/min,载荷为50mN,CTE取50℃~200℃平均值;采用STA409PC同步热分析仪(德国,Netzsch)测定薄膜的热分解温度(Td),O2保护,升温速率为10℃/min;采用CMT4204微机控制电子万能试验机(中国,新三思),按国标GB/T1040-92测定薄膜的拉伸性能。2结果与讨论2.1FTIRATR分析Fig.2是不同二胺配比共聚型PI薄膜的红外谱图。由图可见,各薄膜均在1776cm-1,1715cm-1附近处

7、出现了尖锐的亚胺羰基吸收峰,1366cm-1的C-N峰,720cm-1亚胺环峰,而聚酰胺酸的特征峰1660cm-1、1550cm-1、1710cm-1消失,表明薄膜样品亚胺化比较完全[4]。同时,随着柔性基体含量的增加,1000cm-1处的硫氧键、1200cm-1处的硫碳键特征峰越发明显[5],验证了柔性基体中两种键的存在。Fig.2FT-IR-ATRspectrumofcopolyimides2.2玻璃化转变实验中,改