前驱体酰亚胺化程度对聚酰亚胺薄膜聚集态结构及性能的影响

采用化学亚胺化和热亚胺化相结合的方法制得了一系列聚酰亚胺(PI)薄膜。在化学亚胺化阶段,通过控制脱水剂的量将前驱体转化为具有预定酰亚胺化程度(pre-ID)的酰胺酸-酰亚胺共聚物。原位生成的刚性酰亚胺结构诱导分子链规整排列,得到具有不同的聚集态结构和性能的PI薄膜。X射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)测试结果表明,随着pre-ID的增加,最终PI薄膜的结晶度逐渐增加。PI薄膜的力学性能也随着pre-ID的增加呈现出增强趋势,与样品PI-0相比,PI-100的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别增加了23.2%、7.6%和158.6%。

聚酰胺酸溶液酰亚胺化程度控制及其对PI薄膜性能影响

乙酐/吡啶混合溶剂加入均苯四羧酸二酐(PMDA)–4,4’–二氨基二苯醚(ODA)型聚酰胺酸溶液中,发生化学酰亚胺化,得到酰胺酸-酰亚胺共聚物(PA–I)。通过旋转黏度计和傅立叶变换红外光谱的系统研究,当酰亚胺化程度达到26%左右时,溶液发生相分离。选择合适的溶液浓度、乙酐含量、反应时间,能够对PA–I均相溶液的酰亚胺化程度实施控制。用不同酰亚胺化程度的PA–I溶液进行热酰亚胺化,获得聚酰亚胺薄膜。研究结果表明,酰亚胺化程度较高的PA–I溶液,所制聚酰亚胺薄膜呈现出较高有序程度的聚集态结构,较高的拉伸强度和拉伸弹性模量。

升温速率对聚酰亚胺薄膜聚集态结构与性能的影响

采用五种升温速率1℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min对PMDA-ODA型聚酰亚胺薄膜的聚集态结构和性能进行了系统化研究。TGA和FTIR的研究发现酰亚胺化反应分为三个阶段,每个阶段影响失重的主要因素不同。聚酰亚胺薄膜的聚集态结构依赖于升温速率对溶剂含量与酰亚胺化程度的影响。当升温速率适中时,才能使溶剂残留率、酰亚胺化程度、分子链运动达到最恰当的匹配,导致分子链形成规整有序排列。形成规整有序结构的最佳升温速率为5℃/min。