以6FDA和1,5-NDA为主链的聚酰亚胺合成及热学性能研究

摘要

聚酰亚胺具有优异的性能，如耐热性、力学性能、电学性能等，作为高温塑料、分离膜材料、复合材料、黏合剂、电介质，广泛应用在航空航天、复合材料、电材料和光纤等领域。然而，完全亚胺化的聚酰亚胺通常难溶难熔，加工成型特别困难，在一定程度上限制了聚酰亚胺的应用。为了改善聚酰亚胺的加工性能，近年来，可溶性聚酰亚胺的开发和研究已经受到了人们的广泛关注。
　　本论文对聚酰亚胺的发展历史进行了简述，讨论了聚酰亚胺的结构与性能之间的关系，并在分子水平上探讨了可溶性聚酰亚胺的改性方法。综合考虑各种因素，将刚性的二萘嵌苯基团、柔性的硅氧键、大体积的三氟甲基基团引入到了聚酰亚胺分子链中，使用不同的方法制备了可溶性的聚酰亚胺。利用红外光谱（FT-IR）对聚酰亚胺的结构进行了表征，并研究了聚酰亚胺树脂的分子量及其分布（GPC）、溶解性能、热性能（TGA、DSC）、流变性能等。本论文的研究工作主要分为以下几个方面：
　　（1）以4,4’-六氟异丙基邻苯二甲酸酐（6FDA）为二酐单体，1,5-二氨基萘（NDA）为二胺单体，4-苯乙炔苯酐（4-PEPA）为封端剂制备了一系列分子量不等的、4-PEPA封端的聚酰亚胺树脂低聚物PI-PEPA-x，其中x表示聚酰亚胺低聚物的设计分子量，经过高温固化反应，得到热固性的聚酰亚胺。
　　（2）以NDA为二胺单体，6FDA为第一种二酐单体，3,4,9,10-二萘嵌苯四酸二酐（PTCDA）为第二种二酐单体，调整两种二酐的摩尔比，制备了一系列共聚酰亚胺PFNPx，其中x表示PTCDA在二酐总加入量中的百分比。
　　（3）以6FDA和NDA为有机单体，以苯基三甲氧基硅烷(PTS)为无机前驱体，3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）为偶联剂，通过溶胶-凝胶两相同步原位合成途径，制备了PI-PSSQ系列聚酰亚胺，并研究了PTS/APTES的摩尔比以及PTS/H2O的摩尔比对PI-PSSQ系列结构与性能的影响。
　　（4）使用TGA-DTG法研究了三类聚酰亚胺的热分解动力学。使用Kissinger方程和Ozawa方程两种方法求出了三类聚酰亚胺的热分解活化能EPI-PEPA-2=339.81 kJ/mol， EPFNP20=234.88 kJ/mol，EA5=368.85 kJ/mol。使用Crane方程计算了三类聚酰亚胺的热分解反应的级数，分别为nPI-PEPA-2=0.94，nPFNP20=0.97，nA5=0.96。

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第1章 绪 论

1.1 聚酰亚胺概述

1.2 聚酰亚胺的发展历史及现状

1.3 聚酰亚胺的合成

1.4 聚酰亚胺的性能与结构的关系

1.5 可溶性聚酰亚胺的分子设计

1.6 苯乙炔苯酐封端的聚酰亚胺

1.7 本文的主要内容及目的

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料及仪器

2.2 实验部分

2.3 表征方法

2.4 本章小结

第3章 4-PEPA封端聚酰亚胺的合成及性能研究

3.1 4-PEPA封端聚酰亚胺的合成

3.2 4-PEPA封端聚酰亚胺的性能研究

3.3 本章小结

第4章 含苝基团共聚酰亚胺（PFNPx）的合成及性能研究

4.1 PFNPx共聚酰亚胺的合成

4.2 PFNPx系列共聚酰亚胺的性能研究

4.3 本章小结

第5章 PSSQ封端聚酰亚胺的合成及性能研究

5.1 PSSQ封端聚酰亚胺的合成

5.2 PSSQ封端聚酰亚胺的性能研究

5.4 本章小结

第6章 聚酰亚胺的热分解动力学

6.1 引言

6.2 聚酰亚胺的热分解动力学

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢