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热塑性聚酰亚胺及其改性材料的热性能研究

热塑性聚酰亚胺及其改性材料的热性能研究

作者：来育梅南京工业大学

学位级别：硕士

聚酰亚胺(PI)是一种高性能聚合物材料,具有优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能,广泛应用于航空航天、微电子和通讯等高技术领域,成为很有发展前景的材料之一。但多数PI具有不溶不熔的特性,加工成型十分困难,一定程度上限制... 详细信息

聚酰亚胺(PI)是一种高性能聚合物材料,具有优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能,广泛应用于航空航天、微电子和通讯等高技术领域,成为很有发展前景的材料之一。但多数PI具有不溶不熔的特性,加工成型十分困难,一定程度上限制了其应用范围,因此热塑性聚酰亚胺(TPI)成为发展方向之一。TPI不仅具有优异的综合性能,而且更易于加工,生产效率更高,在经济效益和环保方面都优于传统的热固性聚酰亚胺,成为人们开发研制的热点。TPI可通过添加纤维提高力学性能,添加润滑剂提高耐磨性能,亦可与其它聚合物共混,使改性材料具有更优异的性能,应用于高科技领域。目前,对PI及其改性材料性能的研究,大多数是关于力学性能和摩擦磨损性能,很少具体研究其热性能。而聚酰亚胺的热性能,如玻璃化转变温度Tg、热膨胀系数α是其应用于工业各领域重要的评价指标。针对以上背景,本文首先测定了一种自主研发的TPI的玻璃化转变温度,并通过改变分子量大小考察玻璃化转变温度与分子量的关系,及热处理温度和热处理时间对玻璃化转变温度的影响。结果表明:玻璃化转变温度随数均分子量的增大而增加,采用Kanig-Ueberreiter方程关联玻璃化转变温度与数均分子量,其线性拟合度最高;由于聚酰亚胺的结构特点——存在自由端基,在高温可发生固相热环化反应,相应其分子量随处理温度的升高和处理时间的延长而增大,表现为聚合物的玻璃化转变温度有所升高。为了进一步提高TPI的性能,扩大其应用范围,使其能在更加苛刻的环境下使用,TPI的改性研究主要包括纤维增强的TPI树脂基复合材料及聚合物共混改性TPI。但由于高分子材料的热膨胀系数比纤维、陶瓷等无机材料要大得多,两者复合后,随温度的变化,热应力不仅使高分子和基材剥离,还会产生龟裂和翘曲,模压塑料则产生裂纹等。另外高科技的发展,要求器械内部的空间更小,对材料的热稳定和热膨胀性能提出了更高的要求。因此,本文在上一步工作的基础上,选出一种分子量的TPI树脂,测定其注塑件的热膨胀系数及其各向异性和尺寸稳定性;并考察了所添加的填料种类

关键词：热塑性聚酰亚胺玻璃化转变温度热膨胀系数改性共混

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热塑性聚酰亚胺/玄武岩纤维复合材料

塑料 2014年第3期43卷 85-88页

作者：杨培娟黄健浙江经贸职业技术学院浙江杭州310018 杭州塑盟特科技有限公司浙江杭州311254

首次提出以玄武岩纤维增强热塑性聚酰亚胺,通过热模压工艺制备复合材料,通过考察成型工艺对冲击性能的影响,优化了成型工艺参数,即模压温度在360℃、压力在20 MPa、保压时间在30 min。在此基础上,进一步考察纤维含量对拉伸强度、断裂伸... 详细信息

首次提出以玄武岩纤维增强热塑性聚酰亚胺,通过热模压工艺制备复合材料,通过考察成型工艺对冲击性能的影响,优化了成型工艺参数,即模压温度在360℃、压力在20 MPa、保压时间在30 min。在此基础上,进一步考察纤维含量对拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度的影响,结果发现:随着玄武岩纤维用量的增加,复合材料拉伸强度不断增大,但断裂伸长率下降,弯曲强度随着玄武岩用量增加而增大,表明复合材料刚性得到增强。考察了复合材料的阻燃性能,发现复合材料阻燃性能达到V0级,而且极限氧指数随着纤维用量增加,稍微增大,表明阻燃性能有一定提高。为汽车用摩擦材料提供一条思路。

关键词：热塑性聚酰亚胺玄武岩纤维复合材料冲击强度阻燃

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热塑性聚酰亚胺复合材料在航空航天中的应用

塑料 2013年第4期42卷 46-48页

作者：圣冬冬王海涛应振华上海航天信息研究所上海201109

热塑性聚酰亚胺具有突出的耐高温性能和优异的机械性能,是目前树脂基复合材料中耐温性最高的材料之一。简述了几种常用的热塑性聚酰亚胺树脂,详细介绍了热塑性聚酰亚胺及其复合材料在太阳帆、太阳电池阵和飞机中的应用,简要介绍了国内... 详细信息

热塑性聚酰亚胺具有突出的耐高温性能和优异的机械性能,是目前树脂基复合材料中耐温性最高的材料之一。简述了几种常用的热塑性聚酰亚胺树脂,详细介绍了热塑性聚酰亚胺及其复合材料在太阳帆、太阳电池阵和飞机中的应用,简要介绍了国内研究热点及动态。

关键词：热塑性聚酰亚胺树脂复合材料太阳帆太阳电池阵飞机

热塑性聚酰亚胺及其耐击穿复合材料的制备与性能研究

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热塑性聚酰亚胺及其耐击穿复合材料的制备与性能研究

作者：赵璐华南理工大学

学位级别：硕士

随着新能源行业和电子电力系统的持续发展,对电容器需求不断升高,合成兼具耐高温性能和高储能密度的电容器逐渐成为了人们的研究热点。聚酰亚胺(PI)作为一种特种工程塑料,因其优异的耐高温性能而得到受到广泛关注。但PI的储能密度较低,... 详细信息

随着新能源行业和电子电力系统的持续发展,对电容器需求不断升高,合成兼具耐高温性能和高储能密度的电容器逐渐成为了人们的研究热点。聚酰亚胺(PI)作为一种特种工程塑料,因其优异的耐高温性能而得到受到广泛关注。但PI的储能密度较低,仅1-2J/cm。有研究表明,将纳米填料加入到聚合物中可以提高材料的介电常数,但会降低材料的击穿强度。多层结构作为一种界面设计的方法,可以利用其界面势垒效应来提高材料的击穿强度从而提高储能密度,为制备一种耐高温的高储能密度电介质材料提供了方案。本文通过调节3,3’,4,4’-联苯四酸二酐(s-BPDA)和3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)和4,4’-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜(m-BAPS)这四种单体的比例制备了六种聚酰亚胺薄膜PI-A—PI-F。六种薄膜的玻璃化转变温度在238.1℃～272.6℃之间,且在500℃下观察到没有任何的热降解,这表明这六种聚合物均具有良好的热稳定性。由于BTDA上的碳基和m-BAPS上的砜基可以作为永久偶极提高PI薄膜的介电常数,因而随着这两种单体含量的升高,六种PI薄膜的介电常数从3.23升高至3.57。由于BTDA上的柔性羰基及m-BAPS上的苯氧基可以增加分子链的柔顺性,因此随着两种单体含量的升高,PI-B,PI-C,PI-D,PI-E这四种薄膜具有良好的热塑性。本文通过对BaTiO进行表面修饰,合成了单层核壳结构的BaTiO@MgO和双层核壳结构的BaTiO@MgO@PDA填料,并分别采用原位聚合的方法引入到热塑性聚酰亚胺薄膜PI-C中,合成了填料含量为1wt%-7wt%的BaTiO@MgO/PI和BaTiO@MgO@PDA/PI复合薄膜。与纯PI相比,BaTiO@MgO/PI复合薄膜的介电损耗低了17.3%—67.3%。此外,3wt%BaTiO@MgO@PDA/PI复合薄膜的击穿强度达到峰值308.26k V/mm,储能密度高达1.581J/cm,比纯PI的储能密度(1.002J/cm)高了57.8%。以上结果表明MgO绝缘层可以阻止电荷和电极注入,降低复合材料的介电损耗,而有机层PDA可以改善填料和基体之间的相容性,提高复合材料的击穿强度。本文通过逐层涂敷法制备了以BaTiO@MgO@PDA/PI复合薄膜为外层,纯PI为中间层的三明治结构复合薄膜,并探究了外层不同填料含量对三明治结构复合薄膜的介电性能和击穿强度产生的影响。当外层填料含量为10wt%时,三明治结构复合薄膜的介电常数达到了7.16,比纯PI(3.54)高了102.3%,比单层复合薄膜的介电常数(6.07)高了18.0%。此外,由于三明治结构中层与层之间的势垒能效应可以提高薄膜的击穿强度,当外层填料含量为15wt%时,三层复合薄膜的击穿强度为425.68k V/mm,是纯PI的1.68倍,储能密度高达5.132J/cm,是纯PI的5.12倍,大大提高了PI薄膜的储能密度。本文在合成热塑性聚酰亚胺的基础上,通过填料改性和逐层涂覆的方法进一步提高了PI薄膜的击穿强度,所制备的复合薄膜为应用在高温介电领域提供了一种方案。

关键词：热塑性聚酰亚胺纳米复合材料耐击穿核壳结构填料三明治结构

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热塑性聚酰亚胺复合材料的磨擦磨损性能

热塑性聚酰亚胺复合材料的磨擦磨损性能

作者：潘泽波南京工业大学

学位级别：硕士

摩擦磨损是发生在材料相对运动接触表面的一种非常普遍的现象。随着科学技术的迅速发展,高分子材料以其独特的性能备受青睐,广泛应用于各个领域。现代航空、汽车、电子及国防工业对材料的摩擦磨损性能、力学性能、耐高低温以及化学稳定... 详细信息

摩擦磨损是发生在材料相对运动接触表面的一种非常普遍的现象。随着科学技术的迅速发展,高分子材料以其独特的性能备受青睐,广泛应用于各个领域。现代航空、汽车、电子及国防工业对材料的摩擦磨损性能、力学性能、耐高低温以及化学稳定性等提出了越来越高的要求。聚酰亚胺(PI)为迄今综合性能最优的一类特种工程塑料,其耐热性、力学性能和抗腐蚀辐射性能均十分优异,还是一种理想的耐高温、自润滑的摩擦基体材料。在PI中填充固体润滑剂PTFE、MOS2、石墨及增强纤维,可进一步提高PI复合材料的耐磨损和力学性能,为近年来摩擦材料研究的热点之一。本文针对一种新型热塑性PI树脂,分别采用聚四氟乙烯(PTFE)和短切碳纤维(CF)进行改性,实验考察了PI纯树脂及其复合材料的摩擦磨损性能,并对磨损机理和极限PV的测定进行了探讨。为深入研究PI材料的摩擦磨损性能,本文首先对摩擦磨损试验机进行了改进,实现了摩擦系数和温升的连续测定,并在此基础上对比研究了一种新型热塑性PI及其复合材料的摩擦性能。实验重点研究了PTFE含量对复合材料摩擦磨损性能和力学性能的影响,并进行了微观结构分析。结果表明:PTFE能显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率;当PTFE添加量达到30%时,复合材料同时呈现出最低的摩擦系数和磨损率;随PTFE含量的增加,复合材料的力学性能均随之降低,相应复合材料表现出不同摩擦磨损机理。文本进一步采用CF增强PI,并测定了CF含量对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着CF含量的增加复合材料的压缩强度、弯曲强度、拉伸强度不断增大;CF的加入也同时对材料的摩擦磨损性能有一定程度的影响,随着CF含量的增加复合材料的摩擦系数先降低后基本维持不变,而磨损率先降后升。CF含量约为10%时,复合材料的摩擦系数和磨损率最低,分别为0.12和1.83×10-8cm3(N-1(m-1;由磨损面的电子扫描电镜形貌(SEM)分析可知,低含量CF复合材料主要是粘着磨损,而高含量主要是磨粒磨损。针对PTFE改性PI复合材料,实验探讨了摩擦材料重要的工程参数-极限

关键词：热塑性聚酰亚胺复合材料摩擦磨损摩擦磨损机理

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可熔体加工热塑性聚酰亚胺研究进展

宇航材料工艺 2004年第3期34卷 5-11页

作者：王凯詹茂盛高生强杨士勇北京航空航天大学材料学院北京100083 中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室北京100080

从发展航空航天、微电子、汽车及电器等高技术领域先进材料的角度 ,阐述了可熔体加工热塑性聚酰亚胺的发展现状和最新进展 ;报告了热塑性聚酰亚胺的挤出成型、注射成型、纺丝、涂覆等工艺 ;讨论了热塑性聚酰亚胺的分子结构对聚酰亚胺热... 详细信息

从发展航空航天、微电子、汽车及电器等高技术领域先进材料的角度 ,阐述了可熔体加工热塑性聚酰亚胺的发展现状和最新进展 ;报告了热塑性聚酰亚胺的挤出成型、注射成型、纺丝、涂覆等工艺 ;讨论了热塑性聚酰亚胺的分子结构对聚酰亚胺热性能的影响 ;介绍了几种最新热塑性聚酰亚胺的特点和典型应用实例 ;指出开发新型热塑性聚酰亚胺应综合考虑可加工性、耐热性。

关键词：熔体加工热塑性聚酰亚胺可加工性耐热性挤出成型

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碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

材料科学与工程学报 2007年第3期25卷 363-366页

作者：宋艳江王晓东王伟黄培南京工业大学化学化工学院江苏南京210009

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响。结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复... 详细信息

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响。结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料。由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理。

关键词：碳纤维热塑性聚酰亚胺增强复合材料

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高Tg热塑性聚酰亚胺制备及性能研究

化工新型材料 2013年第4期41卷 33-35页

作者：刘晓丽杨海霞杨士勇李彦锋兰州大学化学化工学院兰州730000 中国科学院化学研究所北京100190

以2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(a-BPDA)为二酐,以3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)和间苯二胺(m-PDA)为混合二胺,并以邻苯二甲酸酐(PA)封端,采用高温一步法制备了4种不同分子量的具有扭曲分子主链结构的热塑性聚酰亚胺(TPIs)。并对此系列... 详细信息

以2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(a-BPDA)为二酐,以3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)和间苯二胺(m-PDA)为混合二胺,并以邻苯二甲酸酐(PA)封端,采用高温一步法制备了4种不同分子量的具有扭曲分子主链结构的热塑性聚酰亚胺(TPIs)。并对此系列热塑性聚酰亚胺的热性能、熔体黏度及机械性能进行了一系列的考察。研究发现,TPI-B树脂具有良好的综合性能:Tg为305℃,在380℃熔体黏度为6970Pa.s,拉伸强度为62MPa,弯曲模量为135MPa,兼具高Tg及良好的加工性能。

关键词：热塑性聚酰亚胺扭曲主链结构高Tg 低熔融黏度

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玻璃微珠改性热塑性聚酰亚胺研究

工程塑料应用 2005年第12期33卷 13-15页

作者：章刚宋艳江来育梅王晓东黄培南京工业大学化学化工学院南京210009

采用玻璃微珠改性热塑性聚酰亚胺(PIT),考察了玻璃微珠粒径和用量对PIT力学性能的影响,并用热机械分析仪(TMA)测定了改性PIT的线胀系数。结果表明,改性PIT的弯曲和拉伸弹性模量显著提高;线胀系数随玻璃微珠质量分数的增加呈降低趋势;玻... 详细信息

采用玻璃微珠改性热塑性聚酰亚胺(PIT),考察了玻璃微珠粒径和用量对PIT力学性能的影响,并用热机械分析仪(TMA)测定了改性PIT的线胀系数。结果表明,改性PIT的弯曲和拉伸弹性模量显著提高;线胀系数随玻璃微珠质量分数的增加呈降低趋势;玻璃微珠和PIT基体的结合较差;改性PIT的拉伸强度和冲击强度都有不同程度的降低;小粒径(5μm)较大粒径(20μm)玻璃微珠改性PIT的冲击强度降低缓慢。

关键词：热塑性聚酰亚胺玻璃微珠力学性能线胀系数