含氟聚酰胺酸亚胺化反应动力学研究

摘要

聚酰亚胺(PI)是一种具有优良耐热性、耐化学稳定性、力学性能和电性能的高分子材料，广泛应用在航空、航天、微电子、汽车等高新技术领域。但是，通用PI最大的缺点是难熔难溶，成型加工性差，从而阻碍了这一高性能材料的应用。而含氟聚酰亚胺能溶于多种有机溶剂，具有较好的可加工性，透明性好，介电常数和吸水性均较低，因而成为具有独特优势和开发前景的一类高性能材料。其常用的合成方法是两步法，其中第二步脱水亚胺化过程对材料的性能影响非常显著。因此，研究亚胺化反应动力学，设计最佳的反应工艺条件，指导生产提高聚酰亚胺产品的质量水平，将具有重要的现实意义，架起了从理论到实践应用的桥梁。 针对上述背景，本研究首先制备了含氟聚酰胺酸薄膜(ODA/6FDA)，采用红外光谱法对亚胺化过程进行测试。结果表明：随着亚胺化的进行，不同热处理阶段薄膜的酰胺酸特征吸收峰强度逐渐减小，酰亚胺特征吸收峰强度逐渐增强，二者变化明显且吻合良好。在整个亚胺化过程中，不同热处理阶段薄膜的韧性和分子量的变化趋势是先下降，后上升。为了得到具有较好机械性能的聚酰亚胺，150℃左右是应当避开的最终酰亚胺化温度。 另外，本研究还制备了两种含氟聚酰胺酸薄膜(ODA/6FDA,BAPP/6FDA)和一种通用聚酰胺酸薄膜(ODA/PMDA)，采用动态热重法研究了薄膜在连续升温过程中的亚胺化反应，并将含氟和通用酰胺酸的亚胺化反应过程进行对照比较。结果表明：三种聚酰胺酸薄膜的热亚胺化反应动力学遵循的函数都为21号，其积分形式g(α)=(1-α)-1-1。由KAS法或迭代法求得的活化能比较可靠，得到的反应活化能分别为139.67kJ/mol，94.52kJ/mol，81.93kJ/mol，由此可以看出，通用型聚酰胺酸由于分子链的刚性大，所以亚胺化反应活化能高，反应困难；而含氟聚酰胺酸分子链柔顺性好，所以反应活化能低，反应容易。另外还得出相关的指前因子、动力学模型方程和动力学补偿效应表达式，为聚酰亚胺工艺参数的选择和工艺窗口的优化提供了理论依据。本研究采用动态TG法研究聚酰胺酸亚胺化反应动力学，其数据处理的主要特点是：将动力学参数Eα的求取和f(α)分离开来，也就是在f(α)的求取中不会因为Eα值的求取误差而受影响；在f(α)的求取中没有引入任何积分误差，从而提高了计算结果的准确性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章绪论

1.1引言

1.2聚酰亚胺概述

1.2.1聚酰亚胺的分类

1.2.2聚酰亚胺合成方法

1.2.3聚酰亚胺的应用

1.2.4含氟聚酰亚胺的研究

1.3聚酰亚胺反应动力学研究进展

1.3.1聚酰亚胺一步法反应动力学研究进展

1.3.2聚酰亚胺二步法反应动力学研究进展

1.4热分析动力学的实验方法

1.4.1热分析动力学数据处理方法概况

1.4.2动力学数据处理方法

1.5选题目的及研究内容

第二章红外光谱法研究含氟聚酰胺酸的热环化反应

2.1实验部分

2.1.1原料

2.1.2聚酰胺酸及聚酰亚胺的合成路线

2.1.3聚酰胺酸的制备

2.1.4聚酰胺酸溶液特性粘数的测定

2.1.5聚酰胺酸薄膜的热环化过程

2.1.6不同热处理阶段薄膜的测试方法

2.2结果与讨论

2.2.1聚酰胺酸的合成

2.2.2不同热处理阶段薄膜的韧性变化

2.2.3不同热处理阶段薄膜的特性粘数变化

2.2.4不同热处理阶段薄膜的红外光谱分析

2.2.5含氟聚酰胺酸酰亚胺化工艺的研究

2.3本章小结

第三章热分析法研究聚酰胺酸亚胺化反应动力学

3.1实验部分

3.1.1基本原理

3.1.2实验原料与仪器

3.1.3聚酰胺酸薄膜的制备

3.1.4测试方法

3.2结果与讨论

3.2.1聚酰胺酸及聚酰亚胺的合成

3.2.2聚酰胺酸薄膜的红外光谱分析

3.2.3聚酰胺酸薄膜的热亚胺化

3.2.4三种聚酰胺酸的亚胺化反应和热分解分析

3.2.5聚酰胺酸亚胺化反应的动力学研究

3.2.6聚酰胺酸亚胺化反应的动力学补偿效应

3.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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