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1、耐高温聚酰亚胺材料研究进展 摘要:聚酰亚胺占有绝对的主导地位。具有高强度、高绝缘性、耐辐射、耐化学等综合性能，在绝缘材料和结构材料、功能材料等方面的应用正不断扩大，以多种材料的形式，例如薄膜、纤维、塑料、复合材料、涂料、胶黏剂、分离膜、光刻胶、液晶取向剂等在航天、航空、微电子、机电、化工、汽车等方面都有广泛的应用。 关键词:聚酰亚胺;耐高温;复合材料引言:聚酰亚胺材料具有优异的耐高温、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,同时具有真空挥发份低、挥发可凝物少等空间材料的特点,可加工成聚酰亚胺薄膜、耐高温
2、工程塑料、复合材料用基体树脂、耐高温粘结剂、纤维和泡沫等多种材料形式,因此在航天、航空、空间、微电子、精密机械、医疗器械等许多高新技术领域具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。近年来,世界范围内聚酰亚胺材料的发展无论在基础研究层面还是高新技术应用层面都呈现出快速发展的态势;国内在该领域的研究也十分活跃,;在产业化方面,以聚酰亚胺薄膜为代表的聚酰亚胺产业正在逐步形成,从业厂家超过80家,产值超过10亿元;在材料应用方面,微电子工业已经取代传统的电气绝缘行业成为聚酰亚胺材料尤其是薄膜的最大应用领域,同时在航天、航空、空间、光电显示、医疗器械等领域也呈现出诱人的发展势头。1聚酰
3、亚胺合成方法1.1聚酰亚胺复合材料的制备与成型1.1.1聚酰亚胺树脂预浸液和预聚物的制备将３，４′－ＢＰＤＡ和４－ＰＥＰＡ进行甲酯化，制得白色和淡黄色的酯化粉末（ＰＤＥ和ＰＥＰＥ）。然后按照一定比例将ＢＰＤＥ、ＰＥＰＥ和二胺加入溶剂中，计算固含量为４０％（质量分数），加热回流搅拌２ｈ即得棕红色的树脂预浸液。1.1.2复合材料的制备与成型将树脂预浸液用旋转蒸发仪蒸除大部分溶剂后，将黏稠的棕红色液体趁称取适当树脂预浸液分三次均匀涂覆到石英纤维布上，４０～６０℃热处理１２ｈ，得到具有一定黏附性的预浸料。理论计算固化后的复合材料树脂体积分数为４０％。将预浸料裁制成一定大小的铺层
4、料后放入模具，按照本研究的优化加工工艺进行材料制备。1.2聚酰亚胺薄膜的制备以3,3'-二氨基-4,4'-二羟基联苯(DADHBP)、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPOPP)和3,3',4,4'-四羧酸二苯醚二酐(ODPA)为单体,按不同的配比聚合,制膜,分别获得了PI-1、PI-2、PI-3、PI-4、PI-5、PI-6、PI-7和PI-8系列聚酰亚胺薄膜。各聚酰亚胺薄膜的单体配比如表1所示聚酰亚胺的制备过程如下:将DADHBP,BAPOPP和DMAc放入聚合瓶中,室温下搅拌溶解后,加入ODPA,搅拌反应2h后,得到聚酰胺酸。将所得的聚酰胺酸延流成
5、膜。最后在烘箱中梯度升温环化,升温程序为:室温→100℃/1h+150℃/1h+200℃/1h+250℃/1h,自然冷却,脱膜,即得到了透明坚韧的聚酰亚胺薄膜。具体化学反应方程式如图1所示。1.3新型耐370℃聚酰亚胺预浸料及复合材料的制备UT500/KH370单向预浸料采用湿法缠绕工艺制得．单向预浸料的含胶量为44±4%，纤维面密度为165±2%，单层厚为0.15mm，自由溶剂含量控制在10±4%．复合材料的成型采用模压成型工艺．先将预浸料在120～240℃处理，再升温至260～320℃保温施加1.5～3.0MPa压力，350～400℃保温2h～4h，缓慢降温至200
6、℃卸压并冷却至室温．固化成型后的复合材料还需要在高温烘箱中高温常压后固化．2聚酰亚胺材料的耐热性与结构2.1聚酰亚胺树脂及石英纤维/PI复合材料的热性能由于所研制的树脂体系均采用芳香族的３，４′－ＢＰＤＡ和ＰＥＰＡ封端剂，树脂固化后均形成共轭的大分子结构，因此树脂的耐热氧化性很高，在空气中的Ｔ５％均大于５６０℃，且固化后复合材料的玻璃化转变温度随分子质量的降低呈现规律性的上升趋势。这是因为分子质量降低使树脂封端官能团含量相对增加，固化后交联密度加大。将复合材料经过一定条件的后固化处理，其交联密度进一步提高，Ｔｇ仍能增加十几度。表１为固化后树脂的热失重和复合材料的热性能数
7、据。图５为树脂低聚物和固化物的热分析结果。可以看到，１７０℃的吸收峰是树脂低聚物的β转变，表现的是低聚物次级松弛过程。而２５０℃处的吸热峰归因于低聚物的玻璃化转变，在３２０～４００℃区间内的放热峰是苯乙炔苯酐封端基发生扩链与交联反应所致，峰值温度为３７３℃。固化后二次扫描曲线的吸热峰为树脂固化物的玻璃化转变温度，约为３６０℃。2.2聚酰亚胺薄膜的耐热性聚酰亚胺的DSC谱图见图4。从图4中可以看出,PI-3和PI-5的玻璃化转变温度(Tg)不是很明显。而PI-1、PI-2、PI-4、PI-6、PI-7和PI-8体系,随着DADHBP摩尔比的
