黏度可控化制备BPDA-PDA型聚酰亚胺及表征

通过二酐水解程度控制改性聚酰亚胺前驱体的方法,对3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)-对苯二胺(PDA)型聚酰亚胺前驱体溶液的黏度进行调控。前驱体的化学结构通过红外光谱(FT-IR)和核磁氢谱(^1H-NMR)进行表征,并考察二酐水解对前驱体溶液黏度、亚胺化过程和材料性能的影响。结果表明:水解BPDA与PDA反应生成的前驱体,同时含有酰胺酸和羧酸铵盐官能团结构;羧酸铵盐的引入可降低前驱体溶液黏度,实现黏度在10~10^5cP范围内的有效调控;羧酸铵盐的存在未影响前驱体的完全亚胺化,使得材料力学性能得到保持;同时,该黏度调控方法具有降低BPDA-PDA型聚酰亚胺薄膜热膨胀系数的作用。

热塑型聚酰亚胺的制备及其粘接性能研究

为了改善两层型挠性覆铜板(2L-FCCL)中热塑型聚酰亚胺(TPI)对热固型聚酰亚胺(PI)薄膜和铜箔的粘接性,本文选用具有柔性结构的芳香二酐单体和芳香或脂环的二异氰酸酯单体通过一步反应制备得到TPI样品,然后将其直接涂覆在表面经过预处理的商品化热固型PI薄膜上得到复合膜,最后经过高温热压得到相应的2L-FCCL。通过观察所得TPI反应液的状态并进行DSC测试,选定了有机溶剂可溶且Tg为226.5℃的TPI-8;然后通过TGA、TMA和拉伸试验测得TPI-8的2%热分解温度(T2%)为464℃、50~200℃的热膨胀系数(CTE)为64.25×10^(-6)℃^(-1)、拉伸强度为64.52MPa、弹性模量为1.75 GPa、断裂伸长率为62%,并通过FTIR对其化学结构进行了确认;最后分别研究了两种热固型PI薄膜的碱水预处理时间对所得FCCL粘接性能的影响,发现其中SPI膜经60℃碱水处理1 min和3 min后得到的FCCL90°剥离强度(90°PS)≥0.7 N/mm且最大值达到0.94 N/mm,而UPI膜经同样热碱水处理1~7 min后得到的FCCL 90°PS均≤0.6 N/mm。因此,采用本方法可一步快速简单的制备可溶解且热学性能、力学性能、尺寸稳定性较好的TPI,同时其对铜箔以及表面经过碱水预处理的SPI具有较好的粘接性能,满足FCCL相关标准的要求。

HFBAPP/6FDA/BPADA含氟苯醚型聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究

以2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(HFBAPP)为二胺单体,2,2′-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(6FDA)和双酚A型二醚二酐(BPADA)为二酐单体制备了一系列HFBAPP/6FDA/BPADA含氟苯醚型PI薄膜。通过改变二酐单体比例,分析比较醚键与三氟甲基对PI薄膜综合性能的影响。结果表明:随着三氟甲基含量的升高和醚键含量的降低,HFBAPP/6FDA/BPADA含氟苯醚型PI薄膜的光学性能和热学性能提高,而力学性能下降,玻璃化转变温度最高可达247.3℃,800℃时的残炭率最高可达56.3%,可见光范围内的透光率最高可达88.2%,拉伸强度最高可达84.7 MPa。

等离子体改性聚酰亚胺热老化的分子模拟

通过反应分子动力学方法模拟聚酰亚胺的热老化过程,以模拟仿真等离子体改性后的聚酰亚胺材料在热裂解后的性能变化情况.通过研究老化过程中气体产生的情况,研究发现随着温度升高,分子链之间的相互作用力减弱,导致材料的致密性下降,弹性模量降低,材料抵抗外应力的能力减弱.同时,由于温度升高使得聚酰亚胺材料相对介电常数上升,材料绝缘性能下降,击穿强度也被削弱.

三元共聚苯并咪唑型聚酰亚胺薄膜的合成及性能

随着柔性显示技术的快速发展,高性能透明聚酰亚胺的需求日益增大。然而,如何兼顾高透明、耐高温与高力学强度仍是当前聚酰亚胺研究的重要课题。本文以2-(4-氨基苯基)-5氨基苯并咪唑(APBIA)为改性单体,与2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(HFBAPP)和4,4′-联苯醚二酐(ODPA)进行共聚,通过调控APBIA和HFBAPP两种二胺单体的物质的量比,制备出一系列苯并咪唑型含氟透明聚酰亚胺薄膜(APBIA/HFBAPP/ODPA),并对其结构及性能进行表征。结果表明,当二胺单体中APBIA的物质的量占比在50%以下时,可获得完整的PI薄膜,在苯并咪唑基团和含氟基团的协同作用下,这些薄膜表现出良好的综合性能,紫外-可见光范围内的透光率最高可达90.16%,玻璃化转变温度最高可达277.2℃,5%和10%的热失重温度最高分别可达495和520℃,拉伸强度最高可达184.8 MPa。其中,当APBIA与HFBAPP的物质的量比为3∶7时,薄膜的综合性能最为均衡,其玻璃化转变温度为268.9℃,5%和10%的热失重温度分别为477和512℃,紫外-可见光最高透过率为88.92%,拉伸强度为184.8 MPa。

新型OLED柔性基板用聚酰亚胺薄膜研究

本研究以4,4’-二氨基苯酰替苯胺(DABA)和4,4’-二氨基-2,2’-二甲基联苯(m-TB)与均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4,-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)为原料,成功合成了有机发光二极管(OLED)柔性基板用聚酰亚胺(PI)薄膜。结果表明:当二胺与二酐摩尔比为0.990、加料时间为120 min、反应温度为0~30℃、搅拌速度为200~250 r/min、反应时间为240 min时,聚酰胺酸合成过程凝胶量少,黏度满足工业化合成要求。经400℃热亚胺化后,所得PI薄膜的玻璃化转变温度为450℃,1%热失重温度为554℃,热膨胀系数为4.1×10^(-6) K^(-1),拉伸强度为326.9 MPa,拉伸模量为9 572.8 MPa,电气强度为623 kV/mm,介电常数为3.251,这些参数指标满足OLED柔性基板的工业应用要求。

新型含氟聚酰胺酰亚胺的合成与性能

由于芳香族聚酰胺酰亚胺(PAI)的溶解性较低,限制了其在溶液加工方法中的应用。为了提高PAI的溶液加工性、降低溶剂使用成本并提高热性能,研究了三苯环结构和氟取代对PAI的性能影响,以苯甲醛和对三氟甲基苯甲醛与2,6-二甲基苯胺为原料,合成了新的二胺化合物4-[(4-氨基-3,5-二甲基苯基)苯基甲基]-2,6-二甲基苯胺(ADPD)、4-[(4-氨基-3,5-二甲基苯基)[4-(三氟甲基)苯基]甲基]-2,6-二甲基苯胺(ADFPD),再与偏苯三酸酐酰氯合成了含新结构的PAI。通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱等对单体和聚合物进行表征,通过分析证明成功合成新型PAI;采用差示扫描量热分析、热重分析、水接触角、溶解性能测试对PAI性能进行了表征。结果表明,制备的聚合物均具有良好的热稳定性能和溶解性,玻璃化转变温度大于300℃,在氮气的环境下5%热失重温度在430℃及以上,最大热失重温度在600℃以上;在类似化学结构上,对比未引入—CF_(3)的PAI-1和引入—CF_(3)的PAI-2的测试结果,发现PAI-2在溶解性和热性能上均优于PAI-1,并且能够明显降低聚合物的表面能,表明—CF_(3)能够有效提高PAI的部分性能。

四元共聚型聚酰亚胺的合成及应用

在聚酰亚胺(PI)中引入旋转能垒较低的醚键或酮键可以增加分子链的柔性,从而有效地提高PI的黏附力。本文将含柔性醚键的4,4′-二氨基二苯醚(ODA)、含柔性酮键的3,3′,4,4′-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、具有非共面扭曲结构的联苯四甲酸二酐(BPDA)和1,4-二氨基苯(PPDA)原位缩聚,通过两步法制备了一种四元共聚型PI膜。结果表明,该共聚型PI膜的玻璃化转变温度为237.1℃,10%热分解温度为538.1℃,拉伸强度为139.64 MPa,断裂伸长率为22.29%,弹性模量为3.12 GPa,将0.5%(相对于单体总质量的百分比)的滑石粉填料在单体聚合之前加入N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液内,酰亚胺化后制备的PI膜对铜箔的剥离强度由0.62 N/mm提高到了0.94 N/mm。

利用新型固化催化剂低温制备聚酰亚胺材料

分别以2-羟基哌啶、2,3,5-三甲基吡嗪、2-氨甲基吡啶、吡嗪、喹啉(QL)和异喹啉(IQL)为固化催化剂,对以3,3′,4,4′-联苯四酸二酐(BPDA)、3,3′,4,4′-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体制备的聚酰胺酸(PAA)进行低温亚胺化制备。利用傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、力学性能分析、热重分析(TG)、差示扫描量热分析(DSC)等探究了不同固化催化剂对PAA亚胺化反应的催化效果。结果表明:5种固化催化剂对PAA的亚胺化反应有一定的催化作用,2-羟基哌啶的催化效果最好,对聚酰亚胺(PI)热稳定性影响最小,能在190℃下亚胺化制备PI薄膜,亚胺化程度为95.99%,所得PI薄膜拉伸强度为122.08 MPa,能同时较好地保持PI薄膜的力学性能与热稳定性。

聚酰亚胺树脂基复合摩擦材料成型技术研究进展

简要介绍了聚酰亚胺(PI)复合摩擦材料的发展概况,综述了热模压成型、冷⁃热等静压和3D打印以及其他成型技术如注射成型、挤出成型等方法制备PI复合摩擦材料的研究进展,最后展望了其成型技术的发展前景,旨在为高性能PI树脂基复合摩擦材料的开发提供有益参考。

含酚酞结构可溶性共聚型聚酰亚胺的合成与性能

以邻甲酚酞与2-氯-5-硝基三氟甲苯为起始原料,通过芳香亲核取代和氧化还原反应得到芳香二胺单体4,4’-(2,2’-三氟甲基)-二氨基苯氧基-3,3’-二甲基酚酞(Ⅱ)。然后,将Ⅱ和2,6-二氨基甲苯与3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐通过不同投料比以一步法高温缩聚得到同时含酚酞、三氟甲基和甲基结构的系列共聚型聚酰亚胺,并对其结构和性能进行了测试。结果表明,该系列共聚型聚酰亚胺具有优异的溶解性,在室温下不仅可溶于常见的高沸点溶剂N-甲基吡咯烷酮,N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜,还可以溶解在低沸点溶剂氯仿、二氯甲烷和四氢呋喃中,可便利地通过其溶液浇铸制备得到系列高性能聚酰亚胺膜材料。该类膜材料玻璃化转变温度在275~314℃之间,其在N2和O_(2)氛围中热失重10%时的温度分别为477~507和470~490℃。该类膜材料具有低的介电常数和良好的力学性能:其在1MHz下相对介电常数在2.69~2.92之间;拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别在80~92 MPa、1.2~1.8 GPa和9.2%~13.5%之间。

导离子型聚酰亚胺黏结剂的制备及其在锂离子电池正极中的应用研究

锂离子电池(LIBs)因其能量密度和输出功率高以及使用寿命长等优势,被广泛应用于新能源领域.正极用聚合物黏结剂作为LIBs的重要组成部分,在活性材料颗粒与电极集流体之间提供结合力,进而促进Li^(+)的扩散,对提高电池循环性能起着重要的作用.商用聚偏氟乙烯(PVDF)是目前正极材料中用到的主要黏结剂,但仍旧存在黏结性能低和导离子性较差的问题.聚酰亚胺(PI)具有优异的力学性能、黏附强度和良好的结构可设计性等优势.因此,设计并制备了一种具有磺酰亚胺锂结构的二胺单体(BAPSI-Li),将其与联苯四甲酸二酐(s-BPDA)和4,4'-二氨基二苯醚(ODA)共聚合成了一种导离子型PI黏结剂.研究表明,PI黏结剂黏结性能相比于PVDF有所提升.由导离子型PI黏结剂制备的LiFePO_(4)(LFP)电极具有优异的电化学性能,在0.2 C的电流密度下经250次循环后,放电比容量高达158.19 mA·h·g^(-1).导离子型PI黏结剂与商用PVDF黏结剂相比展现了更优异的循环稳定性.这得益于PI具有良好的黏结性能,电极能够在长循环过程中保持结构完整.同时,导离子二胺单体的引入有利于促进电极内部锂离子的传输.

聚酰亚胺薄膜与碳网格共固化基板成型工艺研究

为满足未来深空探测对航天器太阳翼基板更高的耐温性需求,提出一种新型的太阳翼基板成型工艺方法:聚酰亚胺薄膜与碳网格面板共固化成型。重点研究了聚酰亚胺薄膜与网格面板的剥离性能、网格面板的拉伸性能、蜂窝夹层结构的弯曲性能、共固化基板的耐温性能,并与J-133胶粘贴聚酰亚胺薄膜的传统工艺进行对比。结果表明,共固化工艺的聚酰亚胺薄膜剥离强度约为传统工艺的2倍,且在140℃下的各项力学性能保持率均大于87%,具有很好的耐温性;共固化基板在经历-100~140℃热真空试验后,外观质量及各项性能均合格,满足太阳翼基板耐140℃及以下空间环境的使用需求。

共聚型聚酰亚胺树脂的成型工艺与性能研究

为改善热固性聚酰亚胺树脂的加工性,对聚酰亚胺树脂进行共聚改性,制备易于加工、热性能优异的聚酰亚胺树脂,并对其反应机理、固化动力学和成型工艺进行研究。通过红外测试和核磁^(13)C谱图分析树脂在热处理过程中的组成变化,得到该树脂粉末的最佳干燥温度为250℃;建立固化动力学方程,并得到不同温度条件下固化程度随时间的变化趋势,即在340℃保温100 min后固化达到100%。流变测试得到树脂最低熔体黏度为52.1 Pa·s,凝胶点在310℃保温28 min处,给真空排气等工艺保留充足的操作时间,加工窗口较宽。通过综合特性的表征分析,确定了树脂成型工艺,制备的共聚型聚酰亚胺树脂具有较好的加工性和热性能,玻璃化转变温度达到370℃。

共聚型耐高温热固性聚酰亚胺树脂的制备与性能研究

航空航天、国防军工、电子设备等领域对材料的耐温等级提出了越来越高的要求。为进一步改善热固性聚酰亚胺材料的耐温性能,以3,4′-二氨基二苯醚(3,4′-ODA)为二胺,4-苯乙炔基苯酐(4-PEPA)为封端剂,利用异构的2,3,3′,4′-联苯四甲酸二酐(a-BPDA)和2,3,3′,4′-二苯醚四甲酸二酐(a-ODPA)进行共聚改性制备一类热固性聚酰亚胺材料。利用红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热分别表征了其化学结构、聚集态结构及热性能。结果表明,实验获得了聚合度为6的聚酰亚胺预聚体,其结构主要是非晶态结构,易溶解于有机溶剂。同时,预聚体材料玻璃化转变温度为196~209℃,固化后树脂的玻璃化转变温度由273℃提高到305℃,提高了32℃。该类共聚型热固性聚酰亚胺在高温部件和复杂结构件中具有潜在应用价值。

基于AB型单体聚醚酰亚胺共聚物的合成与性能

将AB型单体3-氨基-5,6,9,10-四氢-[5]螺旋烯-7,8-二羰基-二甲酸酐(ATHDA)与4,4’-(4,4’-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(BPADA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)通过高温一步法共聚,制备了一系列ATHDA含量不同的聚醚酰亚胺PEI-AB_(x)(x为ATHDA用量,以BPADA和ODA的总质量计,下同)。采用FTIR、~1HNMR、DSC、DMA、TGA对聚合物进行了表征,对其力学性能和溶解性进行了测试。结果表明,PEI-AB_(x)特性黏数在0.60~0.87 dL/g之间,均具有良好的成膜性,且该系列聚合物在常见的有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中均具有优异的溶解性;由DMA测得的玻璃化转变温度(T_(g))在228~256℃之间,N_(2)气氛下5%热失重温度(T_(5%))为505~536℃,表明PEI-AB_(x)具有优异的热稳定性;聚合物薄膜的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率分别在41.7~88.1 MPa、1.7~2.7 GPa和3.3%~4.8%之间,具有良好的力学性能。另外,聚合物分子链中的四氢-[5]螺旋烯结构可脱氢芳构化,与PEI-AB_(20)相比,芳构化后PEI-AB_(20)的T_(g)从256℃提高至283℃,T_(5%)从531℃提升至557℃,表明芳构化后聚合物耐热性得到进一步提升。

新型材料聚酰亚胺的性能与应用进展

介绍了聚酰亚胺国内外发展概况,并阐述了聚酰亚胺高分子材料的分类及合成方法。介绍了聚酰亚胺优异的综合性能,并介绍了其结构改性、共混改性、共聚改性、填充改性及制备工艺改进等改性方法。分析了国内外的差距,提出了未来的重点发展方向,主要包括高性能化、功能化、智能化等研发重点。

聚酰亚胺薄膜冲裁成型模设计与制造

针对聚酰亚胺薄膜冲裁加工中废品率高、效率低、模具寿命短的问题,对现有模具结构和冲裁过程模具刃口受力情况进行分析,指出用斜刃冲裁模加工聚酰亚胺薄膜的弊病和不足。根据压辊冲裁机理,重新设计、制造了一套在普通压力机上实现无间隙冲裁的新型模具。用软质上模与硬质下模相互啃切形成无间隙配合,用有滚珠导向结构的精密模架和能够自动调整对中的单球面浮动模柄,弥补冲床滑块与工作台面不平行对模具寿命的影响。生产实践证明,此模具设计方案和制造方法简单可行,降低了模具加工难度、缩短了制造周期;加工了0.04 mm的聚酰亚胺薄膜,冲切断面平整、无毛刺,尺寸符合图纸要求,适于批量化生产。

共聚型聚酰亚胺的合成及其性能研究

以双酚A型二醚二酐(BPADA)和3,3’,4,4’-四羧酸二苯醚二酐(s-ODPA)为二酐类单体,4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)为二胺类单体,采用两步法,合成了一系列共聚型聚酰亚胺,并利用傅里叶红外光谱对所得产物的化学结构进行了表征,通过热重分析、差示扫描量热、动态热机械分析对所得聚合物的热稳定性、玻璃化转变温度、高温机械性能等进行了分析。随后在一定条件下制备了相应塑料,并对其力学性能进行了对比分析。结果表明:随着聚合物中具有柔性基团的二酐单体BPADA引入量的增加,所得聚合物的玻璃化转变温度和力学性能(弯曲强度、拉伸强度等)降低,而熔体质量流动速率明显升高,即热塑加工性能提升。

高压自紧式聚酰亚胺垫片密封性能影响因素分析及结构优化

为了解决液体火箭发动机在异常工况下的密封失效问题,建立了发动机充气阀阀芯密封结构的有限元模型,分析了密封结构参数、加工误差及卡滞偏斜对充气阀阀芯密封性能的影响,并进行了试验验证。结果表明:综合考虑可加工性、密封效果,圆阀座是充气阀的首选结构;在不同圆角半径下,圆角半径在0.35~0.45 mm范围内使用效果最佳;平面度偏差及卡滞偏斜在0~0.07 mm范围内对密封效果和使用寿命几乎没有影响。本研究可为航天军工用高精密密封的设计和优化提供参考,有助于提高我国高精密密封的技术水平。