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聚酰亚胺(Polyimide,简称PI)是一类分子链中含有酰亚胺基团的聚合物,具有优异的热性能、机械性能和电性能,是目前综合性能优异的工程塑料材料之一。现代科学技术的进步对材料的性能提出了更高的要求。普通聚酰亚胺材料由于规整的刚性链分子结构和结晶性致使聚酰亚胺分子链紧密堆积,存在较强的分子链间作用,从而导致聚酰亚胺出现难熔难溶、加工困难等缺点,在一定程度上限制了其应用范围的扩展。因此对聚酰亚胺材料的改性成为研究的重点。针对以上研究背景,本文在普通均苯型聚酰亚胺的基础上引入柔性含酮二酐,向刚性分子链中引入柔性基团,制备出含酮柔性聚酰亚胺。综合考察了柔性基团酮键的引入对聚酰亚胺性能的影响,并对亚胺化过程的动力学参数进行了研究。主要工作如下: 采用含酮二酐,制备出含酮聚酰亚胺。相对亚胺化率的对比显示,含酮柔性聚酰亚胺的亚胺化温度为280℃,且红外图谱显示,材料经过280℃热亚胺化处理后,亚胺化完全。和普通均苯型聚酰亚胺相比,酮酐型聚酰亚胺材料的玻璃化转变温度明显降低,材料的溶解性能得到改善。同时柔性基团的引入使材料的热变形率增大,热分解温度降低,模量降低,伸长率增大。含酮PI材料的摩擦系数和热塑性聚酰亚胺(TPI)材料接近,其磨损量小于TPI材料。PI材料中石墨和基体结合较为紧密,其摩擦系数高于引入石墨后的TPI材料。 采用含酮二酐,通过调整其与均苯四甲酸二酐两种二酐单体的比例,制备得到不同配比的共聚型聚酰亚胺。红外谱图分析表明,聚合物高温亚胺化处理后,亚胺化程度完全。经过共聚改性后的聚酰亚胺材料,表现出单相无规高聚物的特性,溶解性得到改善,热变形温度及热分解温度显著降低。随着含酮二酐含量的增加,酮键红外吸收峰明显增强,聚合物分子链间的自由活动能力增强,玻璃化转变温度逐步降低,膨胀系数的增加,断裂伸长率增大,材料的柔韧性增强。 采用非等温差示扫描量热法(DSC),结合Kissinger方程对二酐共聚改性聚酰亚胺亚胺化动力学参数进行研究。结果表明:随着柔性二酐(BTDA)的引入,聚合物分子链柔性增强,DSC图谱上反应出亚胺化反应逐渐平缓。共聚体系中由于引入第三种单体,分子间规整性被打破,亚胺化过程中放热量变化最为剧烈,亚胺化动力学数据反应活化能最小,端基间碰撞克服的能垒最低,更有利于亚胺化反应的进行,从而有利于复合材料加工成型。