聚酰亚胺/无机纳米复合材料的应用及发展

阐述了PI纳米杂化材料的制备方法,并概述了PI纳米杂化材料的类型、特点、性能及应用领域,展望了聚酰亚胺/无机粒子复合材料的发展方向.     

纳米粒子改性聚酰亚胺现状及进展

由于聚酰亚胺(PI)材料存在亲水性较弱、加工成型性较难、电导率较低等缺陷，需要通过纳米粒子改性聚酰亚胺改善其性能。基于不同纳米粒子改性聚酰亚胺，综述并评论了国内外聚酰亚胺纳米复合材料的研究现状，阐述了有机纳米粒子(CNC、FEP)、无机纳米粒子(陶瓷材料、金属纳米粒子、蜂窝芯材)、有机-无机纳米粒子(POSS、MWCNTs-COOH、OGO)复合改性聚酰亚胺性能的原理和效果，分析了聚酰亚胺复合杂化过程中面临的问题和改进方法，结合目前聚酰亚胺复合材料发展集中在合成工艺改进、填料优化改性等方面的研究趋势，提出了聚酰亚胺未来的研究方向。     

硅铝纳米杂化聚酰亚胺薄膜的制备及性能分析

以聚酰胺酸(PAA)为基体,通过正硅酸乙酯(TEOS)和异丙醇铝的水解缩合反应制得硅氧铝溶胶;然后采用加热聚合法将硅氧铝溶胶和PAA聚合,制备出纳米杂化PI(聚酰亚胺)薄膜。着重探讨了无机纳米粒子中n(Al)∶n(Si)比例对不同纳米杂化PI薄膜的结构、微观形貌、热稳定性、电击穿性能和耐电晕性能等影响。研究结果表明:当w(总纳米粒子)=12%(相对于PI质量而言)、n(Al)∶n(Si)=1∶4时,纳米杂化PI薄膜的综合性能相对较好,此时其热稳定性和电绝缘性能优异。     

聚酰亚胺／TiO2-SiO2纳米复合材料的制备及表征

采用带柔性基团的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）和3,3’,4,4’-苯甲酮四酸二酐（BTDA）为单体用两步法合成聚酰亚胺（PI）,并在合成过程中,用溶胶凝胶法在中间产物聚酰胺酸中加入正硅酸四乙酯和钛酸丁酯,不添加水和偶联剂,制备出了PI／TiO2-SiO2复合材料。利用红外（IR）、X衍射（XRD）、热失重分析（TGA）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等对材料的微观结构和热稳定性进行了研究。结果表明,复合膜中纳米TiO2和SiO2在聚酰亚胺基体中有较好的分散,PI／TiO2-SiO2复合材料的热稳定性优于纯PI和PI／TiO2杂化膜。     

聚酰亚胺/无机纳米杂化材料的研究

聚酰亚胺是一种综合性能优异的材料,现已被广泛应用于航空航天及微电子领域.但是其明显的性能缺陷限制了其在高温和精密状态下的应用;而无机纳米粒子的引入,大大弥补了其性能缺陷（如较高的热膨胀系数和较低的吸水性）,非常适合对PI改性.本文阐述了PI纳米杂化材料的制备方法,介绍了纳米杂化材料的特点及应用.     

纳米氧化铝（Al2O3）/聚酰亚胺（PI）杂化薄膜的制备及性能研究

笔者以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为单体,以N,N’-二甲基二苯醚(DMAc)为溶剂,制备聚酰胺酸溶液。在此过程中,采用原位聚合法在酰胺酸溶液中加入氧化铝(Al2O3),通过热亚胺化处理制备得到氧化铝/聚酰亚胺(Al2O3/PI)杂化薄膜。用傅立叶变换衰减透射射红外光谱(ATR/FTIR)、静态热机械分析(TMA)、力学性能测试等手段对PI/Al2O3杂化薄膜结构和性能进行表征。红外分析表明,杂化薄膜热亚胺化完全,杂化反应充分进行,并且Al2O3和PI基体之间形成键接;TMA分析表明,PI/Al2O3杂化薄膜的热膨胀系数随氧化铝含量的增加而减小;常温拉伸性能测试表明,随着Al2O3量的增加,PI杂化薄膜弹性模量逐渐增大,而拉伸强度和断裂伸长率呈下降趋势;玻璃化转变温度测试表明,杂化Al2O3之后的玻璃化温度不是很明显;热重分析表明,引入一定量的Al2O3,薄膜的热分解温度降低。而含有10%氧化铝的杂化薄膜各项性能都表现出相对优良的性能。     

纳米Al2O3填充液体橡胶／环氧树脂复合材料的性能研究

用端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶与环氧树脂制得端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶／环氧树脂聚合物（ETPB）。在ETPB中分别加入质量分数5％和10％的纳米Al2O3,并选择适宜的固化剂固化,制得ETPB／Al2O3复合材料。考查了ETPB与ETPB／Al2O3复合材料的力学性能,研究了该材料的滑动摩擦磨损率与滑动速度之间的关系,并用扫描电子显微镜（SEM）对几种材料磨损表面进行了观察。结果表明,通过填充纳米Al2O3无机粒子可显著提高ETPB的性能,当填充量为5％时,ETPB／Al2O3复合材料性能最佳。     

纳米r～Al2O3／PVDF中空纤维膜的结构研究

本文介绍了在聚偏氟乙烯铸膜液中添加无机纳米Al2O3粒子，采用干-湿法纺丝制备r—Al2O3中空纤维膜的方法。对纳米r—Al2O3的分散性能的研究发现，在添加剂含量为4％的情况下粒子在二甲基甲酰胺(DMF)体系中的沉降性能最好。并使用电镜对膜的微观结构进行了分析，初步研究了无机粒子在膜孔形成的过程中所起的作用和机理。并且对膜的孔隙率、最大孔径、力学性能和截留率进行了表征。结果表明膜的孔性能、分离性能及力学性能都有一定的改善。孔隙率在提高的同时，其最大孔径相应变小，对牛血清白蛋白的截留率从25．11％提高到67．2O％。最大应力和断裂应力分别从3．35N／mm^2和3．09N／mm^2提高到3．58N／mm^2和3．41N／mm^2．     

聚酰亚胺/纳米氧化硅氧化铝杂化膜的制备

研究了用溶胶凝胶法制得的二氧化硅及三氧化二铝溶胶,将其掺入到聚酰胺酸基体中,得到SiO2-Al2O3/聚酰亚胺杂化膜,并采用FTIR、SEM和TGA表征了所制备的杂化膜的结构微观形态和热性能。结果表明,薄膜材料中SiO2和Al2O3粒子分散均匀,与有机相存在键合,材料热分解温度有所提高。     

聚合物/无机纳米粒子复合材料的研究进展

综述了无机纳米氧化物(如SiO2、TiO2、Al2O3)、纳米硅化物(如SiC、Si3N4)和纳米CaCO3作为填充材料对聚合物材料物理、化学、热学、光学、力学及摩擦学性能的改善作用,在聚合物中加入纳米粒子是制备高性能复合材料的重要手段之一。     

表面处理纳米Al2O3填充PTFE复合材料的磨粒磨损性能

利用自制销-盘式磨粒磨损试验机，测定聚四氟乙烯(PTFE)及其表面处理与未处理纳米氧化铝(Al2O3)填充聚四氟乙烯复合材料试件在干摩擦滑动条件下的磨粒磨损质量损失。考察了载荷、磨粒、转速等参数的变化对试件摩擦学性能的影响。采用扫描电子显微镜观察、分析试件磨损表面形貌及磨损机理。结果表明，纳米Al2O3可以提高PTFE耐磨性。表面处理纳米Al2O3在PTFE中能较均匀分散，其耐磨性比相同含量但未经表面处理的纳米Al2O3填充PTFE高。导致PTFE复合材料磨粒磨损的重要机理是犁切破坏。     

PP/纳米Al_2O_3复合材料及其发泡材料的制备与表征

用PP与纳米Al_2O_3熔融共混法制备复合材料,再用超临界CO_2间歇发泡法制备发泡材料,并对材料的结晶行为、力学性能、发泡行为和导热性能进行研究。结果表明,纳米Al_2O_3能提高复合材料的结晶和熔融温度,但会降低PP链段运动能力,当纳米Al_2O_3含量为7%时,复合材料的结晶度由纯PP的28.10%降至24.46%;纳米Al_2O_3具有刚性粒子的增强增韧协同效果,当纳米Al_2O_3含量为5%时,纳米Al_2O_3的骨架效应使得复合材料的拉伸强度达到33.9 MPa,继续提高其含量后复合材料的拉伸强度略微下降。由于纳米Al_2O_3的刚性粒子增韧效果,当纳米Al_2O_3含量达到7%时,复合材料的冲击强度可达到5.26 k J/m2。纳米Al_2O_3起到异相泡孔成核剂作用,加入5%的纳米Al_2O_3后,发泡材料的泡孔密度提高至2.18×107个/cm3,其热导率在纳米Al_2O_3含量为7%时达到0.107 W/(m·K)。     

聚丙烯酸酯/TiO2-SiO2纳米杂化材料的制备与表征

用原位复合、溶胶-凝胶法制取热固性聚丙烯酸酯基纳米SiO2包覆TiO2的有机-无机纳米杂化材料，通过红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDAX)、紫外-可见光谱(UV—Vis)等对材料的结构和性能进行了表征，通过实验证明了纳米TiO2-SiO2复合物对紫外线有很好的吸收性能，应用到丙烯酸树脂材料中具有很好的紫外线屏蔽效果。     

应用Ni-Al_2O_3纳米复合镀层修复汽车零件

以镍基纳米镀层作为功能层,采用表面镀覆的方法对汽车零件损伤进行修复。修复后对镀层的结合强度、表面形貌、镀层硬度及耐磨性能进行分析和测试。研究表明,Ni-Al_2O_3纳米复合镀层可以改善汽车零件的表面性能,使修复汽车零件的耐磨性更优,可以能够有效延长汽车零件的服役时间。     

纳米Al2O3透明耐磨复合涂料的研制

选用纳米Al2O3作为填料，用硬脂酸进行亲油处理，与羟基丙烯酸树脂或聚酯复合，制备了纳米透明耐磨涂料。红外光谱分析表明：硬脂酸与纳米Al2O3表面的羟基进行了反应。用分光光度计、磨耗仪及摆杆硬度计测定了涂料的透明性和耐磨性，添加15％(质量分数)的纳米Al2O3，涂膜的耐磨性能提高了100％，相对于有机玻璃底材耐磨性能提高了2．75倍，可见光平均透过率大于80％。     

原位聚合法制备纳米TiO2/硅丙复合乳液

采用硅烷偶联剂对纳米TiO2进行表面处理，使其亲水性表面改为亲油性，并在其表面接枝上可反应的有机官能团，然后通过原位聚合法与有机硅改性丙烯酸聚合物复合，制得性能稳定的纳米TiO2／硅丙复台乳液。采用透射电子显微镜表征了乳液的结构及其形态。     

纳米SiO2复合涂料的稳定性研究

介绍了纳米SiO2的特性，分析了影响纳米SiO2复合涂料稳定性的因素，对纳米SiO2进行改性，将涂料粒径、黏度和触变性控制在一定的范围内可以提高涂料贮存稳定性。     

LLDPE／纳米SiO2复合材料的制备与性能研究

利用超声波分散，偶联剂对纳米SiO2进行了表面改性，用共混法制备了LLDPE/纳米SiO2复合材料，系统研究了该种新型复合材料的静态，动态力学性能和红外吸收性能，并与球磨机分散，偶联剂表面处理的纳米SiO2制备的LLDPE/纳米SiO2复合材料进行了对比。结果表明，纳米SiO2对LLDPE具有一定的增强，增韧作用；复合材料的贮能模量和损耗模量随SiO2含量的增加而增大，阻尼在-15-30℃范围内逐渐降低；复合材料的红外吸收能力较LLDPE明显提高，不同的分散，表面处理方法对纳米SiO2在基体中的分散性能影响不同。仅填加3份纳米SiO2时，常规分散，表面处理方法比基体树脂的红外吸收性能提高了42.5%。超声波分散，偶联剂表面处理方法比基体树脂提高了106.7%。     

聚烯烃／纳米碳酸钙复合材料的异常流变行为研究

着重研究了聚烯烃／纳米碳酸钙填充复合材料的异常流变行为。实验发现，在较宽范围内，纳米粒子分散均匀的情况下，填充量越大，复合的材料的表观粘度越低，流动性越好。经过适量的表面处理后，纳米碳酸钙复合材料的临界剪切速率(应力)显著增加，改善了成型加工性。     

纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合乳液的合成和性能

以过硫酸铵 NH3.H2O为引发体系,通过静电作用成功制成纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合乳液。与全丙乳液的性能相比,复合乳液的耐水性、耐热性、耐钙离子性,力学性能都有不同程度的提高,如吸水性下降30.96%,断裂伸长率提高83.3%;紫外线照射500h后,全丙胶膜的拉伸强度和断裂伸长率下降22.34%和26.67%,而复合乳液仅拉伸强度下降5.54%,断裂伸长率并未下降;仪器分析证明复合乳液中存在纳米级别的二氧化硅。