共聚共混改性聚酰亚胺薄膜

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1、共聚共混改性聚酰亚胺薄膜俞娟20091122目录研究背景实验部分结果与讨论结论参考文献研究背景聚酰亚胺薄膜（PI）就以其优异的电气性能、耐高温等性能，作为高性能绝缘材料应用于航空航天工业、电子电气工业等领域[1]。由于聚酰亚胺分子链本身的刚性以及分子间的强相互作用，使其具有优良的耐溶剂性能，但同时也是阻碍其加工的最大缺点。因此，降低PI的玻璃化转变温度（Tg）以改善它的加工性能，是薄膜研究的重点[2]。PMDA/ODA型PI，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。因此要使其具有可塑性就必

2、须降低其分子间的凝聚力，必须使聚合物的重复单元中的亚胺单元相对浓度降低[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。实验部分实验原料PMDA，ODA，DAMI，DMAc，DMF表征手段FT-IRTMATGA机械性能溶解性能实验方法共聚型聚酰亚胺采用两步法，即将二胺单体和PMDA在溶剂中生成聚酰胺酸，其中二胺单体为ODA与DAMI的混合体，两者的摩尔比分别为5:1、3:1、1:1、1:3、1:5。流延法得到共聚型聚酰亚胺PI-a共混型聚酰亚胺采用两步法

3、，将ODA（或DAMI）和PMDA在溶剂中分别生成两种聚酰胺酸，然后将两种聚酰胺酸溶液（PMDA/ODA和PMDA/DAMI型）以一定的比例（5:1、3:1、1:1、1:3、1:5）混合，连续搅拌2~3h，形成共混型PAA溶液流延法得到共混型聚酰亚胺PI-bFig.1Synthesisofcopolyimide结果与讨论FTIR-ATR分析Fig.2FTIR-ATRspectrumofcopolyimides各薄膜均在1776cm-1，1715cm-1附近处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、1

4、710cm-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处的硫碳键特征峰的越发明显[5]，验证了柔性基体中两种键的存在。玻璃化转变Fox方程[6]：反映的是共聚物各单体含量与Tg的关系Kwei方程[7]：反映的是相容性共混聚合物各单一体系含量与Tg的关系聚合物的Tg比理论值低，说明随着柔性基团的增加，聚合物的自由体积有所增加，分子间堆砌紧密程度较差，分子链活动性增加，其加工性能在一定程度上得到提高。(a)copolymerization(b)blendFig.5Thedimensionchangeofpolyimidef

5、ilms薄膜在260℃之后，分子链出现突然收缩，这与均聚PI薄膜的热形变行为一致。同时，随着刚性体系的增加，形变曲线上收缩峰的面积逐渐增大，这说明热处理温度的提高增加缩合反应的程度，刚性体系的增多使得整个体系的交联度提高。TG分析Table1ThethermogravimetricanalysisofpolyimidefilmsSample5%Weightlosstemperature(Td5)/℃Sample5%Weightlosstemperature(Td5)/℃PI550PI-a-1527.8PI-b-1520.8PI-a-2517.0PI-b-2514.6PI-a-3506.3PI

6、-b-3504.4PI-a-4504.7PI-b-4503.7PI-a-5502.3PI-b-5501.9TPI500随着柔性基体的增加，薄膜的Td是呈现下降趋势的，且居于两种均聚物之间，这与体系中分子主链上柔性基团（—O—，S=O，S—C）含量的增多有关。刚性PI分子链是线形的，而柔性PI分子链是交错的，共聚（混）高聚物的分子链则是半交错的[8]。当刚性体系减少时，整个体系的交联度降低了，从而使得高聚物的分解温度降低。机械性能(a)Tensilestrength(b)ElasticmodulusFig.6Themechanicalpropertiesofpolyimidefilms高聚物的

7、力学性能与分子链的强度有关，即分子链对外力相应存在一定关系。而分子链的强度与其化学结构、二次结构、材料的物理形态以及外力条件密切相关[9]。随着柔性基团的增加，薄膜的力学性能有所降低。这是由于三元改性PI分子链主要由PMDA/ODA型PI分子链（苯环、五元环的二酰亚胺共轭结构）和柔性基团（醚键，S=O等）组成，在拉伸变形时，应变不能够直接由刚性键和环的变形而消耗，柔性键会沿拉伸方向伸展，消耗了部分的应力，造成