含降冰片低介电透明聚酰亚胺的合成及性能

以对苯二胺(PDA)、2,2′-双(三氟甲基)-4,4′-二氨基联苯(TFDB)、降莰烷-2-螺-α-环戊酮-α′-螺-2″-降莰烷-5,5″,6,6″-四甲酸二酐(CPODA)为原料制备了一系列含降冰片基的共聚低介电常数透明聚酰亚胺薄膜材料。采用傅里叶变换红外光谱、热重分析、热机械分析、介电测试、光学测试、力学性能测试研究了TFDB中三氟甲基对合成材料综合性能的影响,同时通过分子模拟技术分析了材料微观结构,解释了性能变化的内在机理。结果表明,合成的聚酰亚胺材料已经完全亚胺化;随着TFDB物质的量分数从0%增加到40%,热失重1%温度从453℃降低到432℃,在频率为105 Hz条件下,介电常数从2.87降低到2.68,介电损耗角正切从0.007 3降低到0.004 8,截止波长从372 nm降低至361 nm;合成的材料在450 nm处的透过率均达到了85%。TFDB引入使材料拉伸性能下降,所有材料均溶解于N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺。分子模拟结果表明,降冰片基团中不含有苯环,缺少苯环电子共轭,在三氟甲基吸电子作用和大体积效应下,单位体积的偶极矩和极化率降低,分子链间距增大,分子间的作用力减小,聚合物的内聚能密度随之降低,聚合物的自由体积分数增加。降冰片与三氟甲基的引入可使聚酰亚胺材料的介电常数降低、光学性能得到提升,可以通过调节TFDB的含量来平衡材料的综合性能。