高性能聚酰亚胺材料的研究进展

聚酰亚胺材料具有许多其他高分子材料所不具备的优异性能,在航天、航空、空间技术领域具有重要的应用前景,本文主要报道中国科学院化学研究所近年来在聚酰亚胺材料领域的研究进展,主要包括(1)耐高温聚酰亚胺基体树脂及其复合材料;(2)耐高温聚酰亚胺超级工程塑料;(3)耐高温聚酰亚胺结构粘结剂等。

国外耐高温聚合物基复合材料基体树脂研究与应用进展

综述了国外近年来在耐高温聚合物基复合材料基体树脂研究与应用领域内的最新进展情况。重点阐述了聚酰亚胺(PI)、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯(CE)、苯并噁嗪(BX)以及氰基树脂的基础与应用研究现状。

高性能聚酰亚胺材料的研究进展

介绍了中国科学院化学研究所近年来在聚酰亚胺材料领域的研究进展，主要包括：1）三代耐高温聚酰亚胺基体树脂及其复合材料（耐温分别达到316℃、371℃、426℃）；2）2类耐高温聚酰亚胺超级工程塑料（长期使用温度可达310～320℃及340～360℃；3）耐高温聚酰亚胺结构粘结剂（耐温300℃以上）等。

耐高温聚合物电介质材料的研究与应用进展

耐高温聚合物电介质材料以其优良的耐高温稳定性、优异的介电性能以及良好的耐环境稳定性等在电工绝缘领域中具有广阔的应用前景。系统综述了国内外近年来在耐高温聚合物电介质材料基础与应用领域的最新研究进展。从耐高温聚合物电介质材料的发展历史、结构特性以及应用研究等方面进行了综述。重点介绍了耐高温聚合物电介质材料在轨道交通牵引电机、新能源电力设备以及航空航天电气设备等电工绝缘领域中的应用状况。最后对耐高温聚合物电介质材料的未来发展前景进行了展望。

纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦学行为

本文研究了碳纤维、玻璃纤维及石英纤维增强的PI复合材料在干摩擦和水环境下的摩擦磨损行为。研究表明,碳纤维增强PI复合材料在两种摩擦条件下的摩擦系数和磨损率都随碳纤维含量的增加而不断降低。而玻璃纤维和石英纤维增强PI复合材料的摩擦系数和磨损率则随纤维含量的增加而增大。材料的磨损均以塑性变形、微观破裂及破碎为主导,相同纤维种类和含量增强PI复合材料在水环境下的磨损率均较干摩擦下的低,这主要归因于摩擦副表面吸附或存留的水分的边界润滑作用。

耐371℃ PMR型含异构联苯结构的聚酰亚胺树脂及复合材料

采用活性单体原位聚合方法,由2,3,3',4'-联苯四甲酸二乙酯为芳香族二酸二酯、对苯二胺与间苯二胺混合物为芳香族二胺、降冰片稀二甲酸单乙酯为反应性封端剂制备了系列PMR型聚酰亚胺树脂。研究了树脂的化学结构及其计算分子量等对其成型工艺性能和耐热性能的影响规律。以优选树脂体系为基体与碳纤维复合制备的碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料表现出优良的耐热性能与力学性能,室温下,弯曲强度为1 560 MPa,弯曲模量为137 GPa,层间剪切强度为56 MPa,在370℃的高温下,其力学性能保持率大于50%。

碳/环氧复合材料层间增韧研究进展

综述了碳/环氧复合材料层间增韧的研究现状与发展趋势,着重对碳/环氧复合材料层间增韧方法与性能的关系进行了介绍。

特种聚酰亚胺薄膜制备技术新进展

介绍了特种聚酰亚胺树脂的结构设计与合成,综述了国内外近年来在特种聚酰亚胺薄膜制造技术方面的最新进展。重点介绍了可溶性聚酰亚胺树脂的基础研究与产业化进展状况以及采用可溶性聚酰亚胺树脂制备特种聚酰亚胺薄膜的进展情况,并展望了该技术未来的发展趋势及需要解决的关键技术。

低烟低毒型阻燃酚醛复合材料的制备与性能表征

从分子水平上研究了固化工艺对酚醛/玻纤复合材料(GRPC-1)基体结构和抗冲击性能的影响,探讨了酚醛基体和阻燃添加剂在燃烧过程中的成分结构演变与阻燃机制。在此基础上通过酚醛结构与配方设计及制备工艺优化,制备出一种兼具低烟低毒性能和良好抗冲击性能的GRPC-1,燃烧4 min时的烟密度Ds值为5,CO的释放浓度为2.75×10-4,无HCN、HF、HCl、SO2、NOx等有毒有害气体释放,抗冲击强度达到25.6 m˙N。结果表明,GRPC-1的烟密度和毒性气体释放性能达到进口材料(Cycom2290/7781)实测水平。

耐高温有机无机杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料

文摘综述了近年来国内外在有机无机杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料方面的研究进展,重点介绍了含笼状倍半硅氧烷和硅氧烷结构的有机无机杂化聚酰亚胺树脂的制备方法,对树脂的分子结构与其耐热性和热氧化稳定性之间的关系进行了分析总结,并对有机无机杂化聚酰亚胺树脂及其复合材料的应用和未来发展进行了探讨。

苯并噁嗪杂化树脂及其复合材料的制备与性能

为提高苯并嗯嗪（BZ）的热稳定性，通过BZ与聚硅氮烷制备了一种苯并嗯嗪杂化树脂（BZ-H），并采用模压工艺制备了玻璃布／BZ-H复合材料。制备的BZ-H树脂在70-170℃有较低的黏度和聚合温度、较少的放热量及良好的固化工艺性。其固化物的t为354．7℃。在N2气氛下，尤为460℃，900℃的残重（W900℃）为75．68％。在空气气氛下，虻为466℃，W900℃为16．39％。玻璃布／BZ-H复合材料在室温下的弯曲强度、模量和层间剪切强度分别为433MPa、22GPa和24MPa，在350℃下的保留率分别为40％、68％和54％。SEM微观形貌观察表明，BZ-H树脂与纤维间具有良好的粘接作用，该特征赋予了复合材料优良的力学性能。

POSS杂化聚硅氧烷复合材料的制备与热性能研究

以八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷(OVPOSS)和含氢硅氧烷为单体,通过硅氢加成反应制备了一种新型POSS交联剂V2-POSS。将V2-POSS加入到聚甲基硅氧烷中,制备了一系列不同POSS含量的聚甲基硅氧烷。采用热重分析(TGA)、热重-红外联用(TGA-IR)、裂解气相色谱-质谱(PyGC-MS)等手段对POSS杂化聚甲基硅氧烷的热性能、热分解动力学及动态热解性能进行研究,结果表明:V2-POSS在聚甲基硅氧烷中均匀分散,POSS纳米结构的引入可显著提高聚甲基硅氧烷的热性能;V2-POSS添加量(V2-POSS占聚甲基硅氧烷的质量分数)为10%时,氮气氛5%热失重温度从纯树脂的442.2℃提高至469.4℃;热失重率为15%时,热解表观活化能由纯树脂的87.53kJ/mol提高至杂化树脂的251.12kJ/mol。POSS杂化聚甲基硅氧烷的热解机理主要包括聚硅氧烷主链的断裂、高分子链回咬、含硅基团的重排、碳氢化合物的形成以及小分子的逸出。

太阳帆材料研究进展

太阳帆飞船由于无需动力等优势近年来引起了各国科学家的研究兴趣,并在深空探测领域具有重要的应用前景。太阳帆的结构设计和材料选择是影响其性能的重要因素,本文结合太阳帆飞行环境的特点,介绍了太阳帆的基本结构和飞行原理,重点针对目前几种比较典型的太阳帆设计,对其支撑材料以及帆面薄膜材料进行了综述,并分析了各种材料和设计的性能特点。

含氟半脂环透明聚酰亚胺薄膜的制备和性能

分别将脂环族二酐单体1,2,3,4-环丁烷四酸二酐(CBDA,Ⅰ)、1,2,4,5-环戊烷四酸二酐(CPDA,Ⅱ)和1,2,4,5-环己烷四酸二酐(CHDA,Ⅲ)与芳香族含氟二胺1,4-双(4-胺基-2-三氟甲基苯氯基)苯(6FAPB,a)和4,4′-双(4-胺基-2-三氟甲基苯氧基)联苯(6FBAB,b)反应制备两个系列的含氟半脂环族聚酰亚胺(PI),研究了PI薄膜的热性能和光学性能.结果表明,制备出的PI薄膜具有良好的热稳定性,在氮气中起始热分解温度超过450℃、玻璃化转变温度超过250℃,在可见光范围内(400-700 nm)具有优良的透明性,450 nm处的透过率超过88%.两类PI薄膜在光通讯波段(1.30μm与1.55μm)均没有显著的吸收.

热塑性聚酰亚胺研究进展

综述了近年来国内外热塑性聚酰亚胺材料(TPI)的研究发展状况,对TPI材料的化学合成方法及其聚合物结构与性能的关系进行了分析和总结;对TPI材料今后的发展方向进行了预测。

高折射率高透明性半脂环聚酰亚胺的合成与性能

采用脂环二酐单体2，3，5-三羧基环戊烷基乙酸二酐（TCAAH）分别与两种含硫芳香族二胺单体，4，4’-双（4-氨基苯硫基）二苯硫醚（3SDA）与2，7-双（4-氨基苯硫基）噻蒽（APTT）通过两步法制备了两种半脂环聚酰亚胺（PI）．制备的PI薄膜在可见光波长范围内（400～700nm）具有优良的透明性，400nm处的透过率超过85％．此外，该系列薄膜还具有良好的耐热稳定性，氮气中的起始热分解温度超过480℃，玻璃化转变温度超过250℃．PI薄膜在632．8nm处的折射率大于1．68，双折射小于0．006．为了进一步提高PI薄膜的折射率，初步考察了PI前体溶液聚酰胺酸（PAA）与高折射率无机TiO2纳米粒子的复合工艺．结果表明，PI-TiO2薄膜同样具有良好的透明性，632．8nm处的折射率达到1．76．

吡啶桥联的聚酰亚胺的合成与性能研究

以3,4-二甲基苯乙酮与3,5-双(三氟甲基)苯甲醛为原料,通过Chichibabin反应制备了吡啶桥联的四甲基化合物,该化合物再经氧化、脱水反应制备了主链含有吡啶环、侧链带有双三氟甲基取代苯侧基的新型含氟芳香族二酐单体,2,6双(3′,4′-二羧基苯基)-4-(3″-,5″-双三氟甲基苯基)吡啶二酐(6FDAPA).FT IR、NMR、质谱以及元素分析等测试结果表明,6FDAPA的结构与预期的相符.利用6FDAPA与另外一种不含氟的二酐单体2,6双(3′,4′二羧基苯基)4苯基吡啶二酐(DAPA)分别与含氟二胺单体,1,4双(2三氟甲基4氨基苯氧基)苯(6FAPB)通过两步热亚胺化法制备了两种聚酰亚胺(PI)薄膜.测试结果表明,6FDAPA6FAPB(PI2)与DAPA6FAPB(PI1)相比具有相近的耐热性能,玻璃化转变温度为280℃,起始热分解温度为580℃、700℃时的重量保持率64.5%.同时PI2具有更为优良的透光性,紫外可见光谱(UV Vis)测试表明,PI2与PI1薄膜在450nm处的透光率分别为85.7%与69.4%.

含硫杂环桥联的高折射率聚酰亚胺的合成与性能

合成了两种含硫杂环桥联的芳香族二胺单体,2,5-双(4-氨基苯硫基)噻吩(APST)以及2,5-双(4-氨基苯硫基)-1,3,4-噻二唑(BATT).分别采用这两种二胺单体与含硫二酐单体4,4′-双(3,4-二羧基苯硫基)二苯硫醚二酐(3SDEA)通过两步聚合法制备了两种聚酰亚胺(PI),PI-1(3SDEA-APST)与PI-2(3SDEA-BATT).系统研究了含硫杂环对PI耐热性能以及光学性能的影响.研究结果表明,与苯环相比,含硫杂环的引入在一定程度上降低了PI薄膜在可见光区(400～700nm)的光学透明性以及耐热稳定性.PI-1与PI-2薄膜的起始热分解温度(T5%)分别为418℃与466℃.PI薄膜在450nm处的透光率低于50%.但是含硫杂环的引入可以显著提高PI薄膜的折射率.PI-1与PI-2的折射率分别为1.7527和1.7490.两种材料的双折射均小于0.01.

无色透明耐高温聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究

分别采用两种联苯型二酐单体,对称结构的3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(s-BPDA)以及不对称结构的2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(a-BPDA)与含氟芳香族二胺1,4-双(4’-氨基-2’-三氟甲基苯氧基)联苯(TFDAB)通过两步缩聚法制备了两种聚酰亚胺材料PI-1(s-BPDA/TFDAB)与PI-2(a-BPDA/TFDAB)。研究结果表明,不对称结构可以显著增加PI薄膜在可见光区的透明性。25μm厚的PI-2薄膜在450nm处的透光率达到93%,而同样厚度的PI-1薄膜的透光率只有67%。此外,在PI分子结构中引入不对称结构不会牺牲材料的耐热稳定性、力学性能与介电性能。

高透明性不对称聚酰亚胺的合成与性能研究

采用1,4-双(3’-氨基-5’-三氟甲基苯氧基)联苯(m-TFDAB)为二胺单体,分别与两种联苯型二酐单体,3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(s-8BPDA)以及2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(a-BPDA)通过一步高温溶液缩聚法制备了两种聚酰亚胺材料PI-1(s-BPDA/m-TFDAB)与PI-2(a-BPDA/m-TFDAB)。研究结果表明,不对称化结构没有对聚酰亚胺材料的耐热性能、力学性能以及电性能产生显著影响。但可以显著增大聚酰亚胺在有机溶剂中的溶解性以及在可见光范围内的透明性。PI-2不仅可以溶解于极性非质子性溶剂中,而且在许多常规溶剂中也具有优良的溶解性能。PI-2薄膜在可见光波长范围内具有优良的透明性,450nm处的透光率达到86%。此外,该材料在氮气中的起始热分解温度超过580℃,而700℃时的残余重量百分数达到67%。