以聚酰胺酸盐为前躯体的聚酰亚胺和聚酰亚胺/蒙脱土薄膜的性能研究

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从十九世纪六十年代起,聚酰亚胺(PI)由于其优异的热性能、电性能、良好的机械性能和抗化学腐蚀性而被广泛研究。这些优异的性能使得聚酰亚胺被广泛应用于航空、汽车、电子、涂料等领域。然而由聚酰胺酸(PAA)前躯体制备聚酰亚胺的传统方法存在着一些缺陷,例如,亚胺化温度较高,聚酰胺酸前躯体易降解,此外整个聚酰亚胺制备过程由于有毒极性溶剂的挥发,对环境污染比较严重。为了改善以上缺陷,作为聚酰亚胺的另一种前躯体聚酰胺酸盐(PAAS)被广泛关注。本文研究了含有不同三乙胺(TEA)含量的PAAS前躯体和由PAAS前躯体制备的PI薄膜的合成与性能。此外,由于片层状蒙脱土(MMT)可被大分子插入形成纳米级的增强材料,MMT被作为一种制备有机/无机复合材料的优异无机材料。所以,我们利用蒙脱土作为增强材料来提高由PAAS前躯体所制备的PI薄膜的力学性能和热性能。主要研究内容和结论如下:(1)通过向PAA溶液中加入不同含量的TEA以制备一系列PAAS前躯体。利用1H NMR和FT-IR谱图来表征PAAS化学结构。此外,分别研究了PAAS前躯体的机械性能、特性粘度以及溶解性。研究发现30天内PAA溶液的特性粘度随着存储时间的增加明显降低,而对于摩尔比(TEA/PAA)为2的PAAS的特性粘度而言,90天后其特性粘度几乎不变。结果表明与PAA薄膜相比,由于PAAS聚电解质性质的原因,PAAS薄膜的抗降解性能得到了明显的改善。(2)研究了由PAA和不同TEA含量的PAAS前躯体所制备的PI薄膜的力学性能和热性能。结果发现PI薄膜的力学性能取决于TEA/PAA的摩尔比,并且随着TEA/PAA摩尔比的增加由不同PAAS前躯体制备的PI薄膜力学性能从162.5下降到144.5MPa,断裂伸长率的变化情况与拉伸强度变化趋势一致,分别从9.97%下降到6.63%。此外,与由PAA所制备的PI薄膜的热性能相比,由PAAS所制备的PI薄膜热性能也有略微的下降。(3)制备聚酰亚胺/有机蒙脱土(PI/OMMT)复合薄膜以达到提高由PAAS所制备的PI薄膜的热性能和力学性能。采用原位聚合法制备PI/OMMT复合薄膜。复合薄膜的拉伸强度测试表明,有机蒙脱土(OMMT)质量分数含量在3%时复合薄膜的拉伸强度达到163.9MPa,与由纯PAAS制备的PI薄膜相比拉伸强度增加了12.8%。此外,热重分析表明与由PAA和PAAS所制备的PI薄膜相比,PI/OMMT复合薄膜拥有更高的热分解温度和更好的热稳定性。
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