碳化硅掺杂聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备与性能研究

通过溶液法,使用正硅酸乙酯,成功的制备了碳化硅掺杂聚酰亚胺纳米复合薄膜.当SiC的含量达到2%(wt,下同)时,整个复合体系的拉伸强度达到了最大,相对于聚酰亚胺母体,复合材料的拉伸强度提高了7%.热性能结果表明,随着SiC含量的增加,Td10也随着提高,当SiC的含量达到10%时,Td10的温度上升了22℃.热膨胀系数结果表明,SiC的引入可以有效的改善其热稳定性.     

共聚制备低热膨胀透明聚酰亚胺薄膜

为了在尽量不影响其透光性的前提下解决含氟聚酰亚胺薄膜热膨胀系数(CTE)过大的问题,以4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)、4,4′-二氨基-2,2′-双三氟甲基联苯(TFMB)和3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐(BPDA)为原料,通过两步法合成了5种BPDA掺杂量分别为0、10%、20%、30%和40%的共聚PI薄膜,并采用红外光谱分析(IR)、热重分析(TGA)、热机械性能分析(TMA)等方法对其性能进行了表征.分析表明:共聚薄膜的热性能相比均聚薄膜有所提高;薄膜的介电常数与BPDA的含量成正比,而其在可见光领域的透光率与BPDA的含量成反比;在BPDA含量较低时,薄膜的拉伸强度和弹性模量随BPDA含量的增加而增大,但当BPDA摩尔分数超过30%时其力学性能开始降低;随着共聚单体含量的上升,薄膜的热膨胀系数大幅减小.     

聚酰亚胺渗碳复合薄膜的热物理性质

应用自行研制的亚微米/微米薄膜材料热物理性质多功能测试仪和差示扫描量热仪(DSC)对聚酰亚胺PI及其渗碳改性复合薄膜PI/C的热膨胀系数、热扩散系数和比热进行了实验研究和理论分析,揭示了在20℃至150℃温区内温度对渗碳量30wt%的PI/C复合薄膜的热物性的影响规律和机制。结果显示渗碳量30wt%的复合薄膜比纯PI热膨胀系数减小,导热性能明显提高,且没有改变性能对温度的依赖关系。对PI/C(30wt%)应用加和原理计算的比热值与实测值相吻合,应用Nielson模型和Cheng-Vachon模型的预测值与导热系数实测值基本吻合。     

溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺/SiO2杂化薄膜及性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,4,4′-(六氟异丙烯)二酸酐(6FDA)为二酐单体,4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,采用无水溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺(PI)/二氧化硅(SiO_2)杂化薄膜(PI-SiO_2)。将3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)通过化学键合连接到PI分子链上,使SiO_2颗粒在PI基体中均匀分散。研究了PI-SiO_2杂化薄膜的光学性能和热学性能。随着SiO_2含量的增加,PI-SiO_2杂化薄膜的黄色指数明显降低。在SiO_2添加量为40%(wt,质量分数)条件下,制得的PI-SiO_2的玻璃化转变温度最高为314.7℃,热膨胀系数(CTE)为27.65×10-6/℃,具有较好的热性能。     

MWNTs/PU复合超细纤维的热性能及导电性能

采用静电纺丝技术制备了多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/ PU)复合超细纤维,并收集成无纺布薄膜,采用热失重分析仪(TGA)和动态力学分析仪(DMA)分析了纤维的热稳定性。利用数字高阻计(PC68)和LorestaGP电阻计测量了纤维薄膜的直流电导率随MWNTs含量的变化关系。为了研究该多孔薄膜的动态电学性能,同时采用Agilent 4294A阻抗分析仪测试了纤维薄膜的电导率在40 Hz～110 MHz频率范围内的变化关系,并与浇注试样的结果进行比较。结果表明,随MWNTs 在 PU 纤维中含量的增加,复合纤维的热稳定性提高。当10MWNTs质量分数达40 %时,PU的电导率提高近10 倍。     

含咪唑基团的聚酰亚胺薄膜的制备及性能

为了探究适用于柔性印刷线路板的高热稳定性、低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜,将3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(3,3’,4,4’-BPDA)与4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(DAPBI)单体进行聚合,通过改变2种二胺的用量制备了一系列不同二胺比例的聚酰亚胺薄膜。采用红外、紫外、热重分析、差示扫描量热、动态力学热分析、热机械分析多种测试方法对不同比例薄膜样品的热性能、热稳定性、动态力学性能和光透过性进行了研究。研究结果表明,随着刚性DAPBI组分的增加,所制备薄膜的玻璃化转变温度逐渐升高,耐热性能变好,储能模量从3.5 GPa逐渐增加到5.9 GPa;薄膜的热膨胀系数(CTE)明显减小。当二胺ODA与DAPBI的摩尔比为4:6或5:5时,共聚薄膜的CTE值最接近18×10^-6K^-1。     

3D针刺C/SiC-TaC复合材料的热膨胀性能

采用液相加压浸渗法将TaC渗入到三维针刺毡中, 并结合反应熔体渗透法(RMI)制得C/SiC-TaC复合材料。采用热膨胀仪测量了热处理前后复合材料从室温到1400 ℃温度范围内的热膨胀系数(CTE), 发现C/SiC-TaC的CTE数值较C/SiC的高。从材料内部热应力的变化、 制备方法及添加物和基体的性能方面定性地分析了CTE的变化机制。研究表明, C/SiC-TaC复合材料的膨胀性能在各个温度段的变化机制不同, 低温段(1100 ℃以下)CTE的不断上升主要由90°无纬布、 TaC和SiC基体贡献, 该阶段的起伏波动主要由复合材料的结构应力和孔隙分布不均及残余Si产生; 高温段(1100 ℃以上)的热膨胀性能主要由0°无纬布和界面热应力决定。热处理降低了复合材料在1100 ℃以下的CTE, 也改变了高温段的变化规律。      

含咪唑基团的聚酰亚胺薄膜的制备及性能EI北大核心CSCD

为了探究适用于柔性印刷线路板的高热稳定性、低热膨胀系数聚酰亚胺薄膜,将3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(3,3',4,4'-BPDA)与4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(DAPBI)单体进行聚合,通过改变2种二胺的用量制备了一系列不同二胺比例的聚酰亚胺薄膜。采用红外、紫外、热重分析、差示扫描量热、动态力学热分析、热机械分析多种测试方法对不同比例薄膜样品的热性能、热稳定性、动态力学性能和光透过性进行了研究。研究结果表明,随着刚性DAPBI组分的增加,所制备薄膜的玻璃化转变温度逐渐升高,耐热性能变好,储能模量从3.5 GPa逐渐增加到5.9 GPa;薄膜的热膨胀系数(CTE)明显减小。当二胺ODA与DAPBI的摩尔比为4:6或5:5时,共聚薄膜的CTE值最接近18×10^(-6)K^(-1)。     

微量SiO_2对PI/Al_2O_3复合薄膜性能的影响

通过固定纳米氧化铝(Al2O3)的含量,改变纳米氧化硅(SiO2)的含量,制备一系列纳米SiO2含量不同的聚酰亚胺(PI)/Al2O3/SiO2复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对复合薄膜的微观形貌和分子结构进行表征,结果表明纳米颗粒在PI基体中均匀分散,而且纳米颗粒的加入既不影响PI的分子结构又对聚酰胺酸的热亚胺化无影响。同时测试了薄膜的力学性能、击穿场强和耐电晕时间。结果表明,当纳米SiO2质量分数为0.5%时,复合薄膜的击穿场强和耐电晕时间分别为211.15 kV/mm、378 min,均优于纳米SiO2质量分数分别为0,0.1%,0.3%和0.7%的薄膜,并且其力学性能也较优异。     

聚酰亚胺/二氧化硅复合薄膜的热物性及其影响因素

应用自行研制的亚微米/微米薄膜激光脉冲法热扩散率测定仪和差示扫描量热仪(DSC)分别测定了聚酰亚胺(PI)薄膜和PI/SiO_2复合薄膜在不同温度下的热扩散率、热导率和比热,解决了激光脉冲法测定热导试样的透光问题.研究了PI/SiO_2复合薄膜的热物性随SiO_2添加量和温度的变化关系.结果表明:随着温度的升高,PI薄膜及PI/SiO_2复合薄膜的热扩散率下降,比热和热导率线性增加.在PI薄膜中添加SiO_2颗粒可降低PI薄膜的比热,明显增强导热性能,但是不会改变PI薄膜热导率随温度升高而增大的变化规律.     

纳米钛酸钡掺杂聚酰亚胺基高介电复合薄膜的制备及性能

采用原位聚合法和高速砂磨法制备了纳米钛酸钡/聚酰亚胺高介电常数复合薄膜,分析了不同制备方法及钛酸钡粉体用量对复合薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,高速砂磨法对于纳米钛酸钡粉体的分散效果优于原位分散法;钛酸钡粉体的引入,有效提高了复合薄膜的热稳定性和介电性能。当粉体的体积分数达到50%时,复合薄膜介电常数相较于纯膜提高了10倍,而介电损耗只有少量增加。     

表面改性纳米TiO2粒子杂化PI薄膜的制备与性能研究

采用硅烷偶联剂(γ-巯丙基三乙氧基硅烷)对纳米TiO2粒子进行表面处理,通过原位聚合和流延成膜法制备了不同TiO2含量的PI/TiO2杂化膜,研究了杂化膜的热性能、力学性能,并通过扫描电镜(SEM)和广角X衍射(WAXD)研究了杂化膜的微观形貌结构,同时也对杂化膜的接触角和介电常数(ε)进行了研究分析.结果表明,杂化膜较纯膜的热分解温度(T5％)降低,但平均热分解温度仍然高于520℃,且膜的尺寸稳定性得到了提高,即热膨胀系数( CTE)降低;表面形貌分析表明,1％～5％的表面改性纳米TiO2能较好地分散在PI膜里,杂化膜的介电常数(3.50左右)均高于纯膜的的介电常数(2.91),杂化膜的接触角随着TiO2含量的增加呈现先减少后增加的趋势.     

纳米Mg(OH)2-ZnO/聚酰亚胺复合薄膜的介电和热性能

采用反向沉淀法制备了Mg（OH）₂-ZnO纳米粒子,通过原位聚合和热亚胺化的方法成功制备了不同纳米Mg（OH）₂-ZnO粒子质量分数的纳米Mg（OH）₂-ZnO/聚酰亚胺（PI）复合薄膜,通过SEM、热重分析、介电谱测试仪和击穿场强测试仪对薄膜的表面形貌、热稳定性、介电性能和击穿强度进行表征和测试。结果表明：Mg（OH）₂-ZnO纳米粒子均匀地分散在PI基体中,Mg（OH）₂-ZnO/PI热稳定性下降,介电常数、介电损耗和电导率增加,击穿场强随纳米粒子增加先增加后减小,在纳米粒子含量为2%时,达到最大值296 kV/mm。     

Colorless and transparent polyimide nanocomposite films containing organoclay

A series of colorless and transparent polyimide (PI) nanocomposite films was synthesized from 4,4'-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (6FDA) and bis(3-aminophenyl) sulfone (APS) with various organoclay contents via solution intercalation polymerization to poly(amic acid)s, followed by thermal imidization. Varying the organoclay loading in the range of 0 to 1.00 wt% produced variations in the thermal properties, morphologies, and optical transparencies of the hybrids. The hybrid films exhibited high optical transparencies and almost no color, with cut-off wavelengths between 330 and 346 nm and very low yellow index (YI) values of 1.78-3.80. The hybrid PI films showed good thermal properties with glass transition temperatures of 236-245 degrees C. Most films did not show significant thermal decomposition below 450 degrees C. It was found that the addition of only a small amount of organoclay was sufficient to improve the thermal properties of the PI films, with maximum enhancements being observed at 0.50 wt% organoclay. Moreover, these PI hybrids also showed low coefficients of thermal expansion (CTE).     

阻抗渐变高介电钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜的设计与制备

人体皮肤与空气间在介电常数上有着失配性,可穿戴设备所用的材料需要与人体皮肤有良好的匹配性能,而单一的材料与结构已不能满足这种需求。利用原位聚合法合成了一系列钛酸钡(BaTiO_3)/聚酰亚胺(PI)混合溶液,通过逐层流延涂覆的方法设计制备了一种具有阻抗渐变性质的多层BaTiO_3/PI复合薄膜。结果表明:BaTiO_3纳米粒子可在复合薄膜中均匀分散,调节无机粒子的含量,能够有效地控制复合薄膜的介电常数在2.5~34.0之间变化;同时,BaTiO_3/PI复合薄膜对外加电场的频率具有不敏感性,也具有良好的力学性能,能够满足可穿戴设备对材料的要求。     

球磨共混制备优异抗原子氧性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜

通过简单的机械共混（球磨共混）和高温压制的方法,制备了一系列具有良好抗原子氧（AO）性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺（GO/PI）复合薄膜。微量（0.5wt%） GO的引入可使GO/PI复合薄膜的抗AO性能提高17.9%。同时,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜也表现出良好的热稳定性能和力学性能。热重分析表明,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜在质量损失为5%时的温度（T_d5）为519.4℃,比纯PI薄膜高14.7℃;拉伸强度为111.9 MPa,杨氏模量为2.1 GPa,与纯PI薄膜相比,分别提高了4.3 MPa和0.1 GPa。与传统的原位聚合法相比,机械共混-高温压制的方式更易于操作和控制,使具有优异综合性能的GO/PI复合薄膜的大规模量产成为可能。     

聚酰亚胺/二氧化钛纳米复合薄膜制备与耐电晕性

采用原位聚合法制备不同TiO₂组分聚酰亚胺(PI)/纳米TiO₂复合薄膜, 薄膜厚度50μm。 测试结果表明, TiO₂呈球状颗粒, 直径约为100 nm, 聚酰亚胺呈片状, 尺寸约为2μm×1μm。随着TiO₂含量的增加, 复合薄膜介电常数和介电损耗增大, 击穿场强先增加后降低; 在40 kV/mm电场强度下, 复合薄膜耐电晕老化寿命增加, 纯PI薄膜寿命为3 h, 20wt%TiO₂含量薄膜寿命达到25 h; TiO₂颗粒耐电晕能力强, 与聚合物形成界面相, 改变材料陷阱能级, 有利于空间电荷的扩散和热量的传输, 在薄膜表面形成放电阻挡层, 降低局部放电对薄膜内部的侵蚀, 显著提高薄膜耐电晕老化寿命。     

Preparation and characterization of PI/PVDF composite films with excellent dielectric property

All-organic polyimide (PI)/poly(vinylidene fluoride) (PVDF) composite materials with high dielectric constant and low dielectric loss were fabricated via solution blending. The dielectric, mechanical, and thermal properties of the PI/PVDF composite films were studied. Results indicated that the dielectric properties of the composites were highly reinforced through the introduction of PVDF, and the composites exhibited excellent thermal stability. When the mass fraction of PVDF was adjusted to 30 wt%, the specimen demonstrated excellent thermal properties, superior mechanical properties, high dielectric constant (5.7, 1 kHz), and low dielectric loss (0.009, 1 kHz). Moreover, the dependence of the dielectric constant and dielectric loss on frequency was investigated. The composite presented stable dielectric constant and dielectric loss that were less than 0.04 within the testing frequency range of 100 Hz–10 MHz. This study demonstrated that the PI/PVDF composites were potential dielectric materials in the field of electronics.     

Excellent electrical performance and thermal properties insulation paper based on polyimide porous fiber membrane modified by nano-SiO2

Oil-paper insulation system is an important insulation structure of converter transformer. At present study, polyamic acid introduced was synthesized firstly, then perform electrospinning and thermal imidization to prepare polyimide (PI) porous fiber membrane, and the nano-SiO₂ was introduced into the fiber membrane by in-situ polymerization. FT-IR was used to characterize PI porous fiber membrane chemical structure. Consequently, when the SiO₂ addition amount is 4 wt.%, the breakdown voltage of the SiO₂/PI composite fiber reaches the maximum, which is 74 kV/mm. The dielectric constant and dielectric loss of the composite fiber film are 1.98–0.0013 (10⁷ Hz). It is worth noticing that nano-SiO₂ available in PI significantly improved its electrical performance.

     

新型纳米ZrO2/聚酰亚胺复合超薄膜的制备表征及其介电性能

以油酸为有机配体,采用两相方法合成了油溶性的超小尺寸纳米晶体纳米ZrO₂（nano ZrO₂）,并对nano ZrO₂表面包覆的油酸改性使纳米晶体与聚酰胺酸（PAA）接枝,通过旋膜法热亚胺化后形成nano ZrO₂/聚酰亚胺（PI）复合超薄膜。利用TEM、XRD、FTIR和SEM等对nano ZrO₂及nano ZrO₂/PI复合超薄膜进行表征,并对nano ZrO₂/PI复合超薄膜的介电性能进行了探究。结果显示,nano ZrO₂尺寸均一（5.0 nm左右）,为锐钛矿晶型,其晶体结构和尺寸不受改性接枝影响。nano ZrO₂在复合超薄膜中分散良好。电学研究表明,复合超薄膜的介电性能受nano ZrO₂与PAA质量比及制膜热亚胺化温度的影响。当PAA∶ZrO₂质量比为2∶3、热亚胺化温度为320℃时,介电常数达到最大,几乎是纯PI薄膜的2倍。两相法-改性接枝-热亚胺化制备PI复合超薄膜的方法简单高效,能够避免无机粒子在PI基体内的团聚并提高介电性能,对于PI基复合薄膜的制备、应用及推广具有重要意义。