聚酰亚胺/绢云母纳米复合绝缘漆的制备及耐热性能研究

摘要

聚酰亚胺(PI)是指分子结构含有酰亚胺基的芳杂环的高分子化合物。具有优异的耐高低温性能，使用范围在-269℃～400℃;优异的物理机械性能，其性能仅次于碳纤维;优良的电绝缘性能并在宽频率、高温域范围内保持稳定;优异的化学稳定性能:抗辐照、耐各种有机溶剂等。由PI制成的高温绝缘漆或膜作为核工业、航空航天领域涉及的绝缘处理;特种纤维作为先进复合材料的高温介质、高温过滤材料及防弹防火织物;超高温工程塑料作为航空航天及火箭零部件;以及板材及棒用作自润滑、密封、绝缘等结构材料。但是国外PI漆包线绝缘漆最高耐温等级为350℃，而国内仅有240℃。进一步提高PI的耐热性能是目前亟需解决的问题。
　　绢云母和蒙脱土作为廉价易得的层状硅酸盐材料，由于其优异力学性能，绝缘性能和耐高温性能被广泛应用于橡胶，塑料，涂料，造纸等领域。为了进一步改善绢云母和蒙脱土的性能以及增加其与高分子之间的相容性，本文提出要用采用溶胶凝胶法分别制备出绢云母与二氧化硅的杂化体系（Sericite-SiO2）以及蒙脱土与二氧化硅的杂化体系(MMT-SiO2)，具体是利用正硅酸乙酯(TEOS)在酸性（PH=2左右）环境下水解和缩合成SiO2的过程中与层状硅酸盐之间相互作用，实现SiO2修饰绢云母和蒙脱土。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明二氧化硅颗粒很好地包覆在绢云母表面形成了更为致密的无机层。对于蒙脱土，二氧化硅颗粒包覆并部分剥离了纳米蒙脱土片层.然后将聚酰胺酸(PAA)和Sericite-SiO2，MMT-SiO2通过物理共混的方法制得PAA/Sericite-SiO2和PAA/MMT-SiO2复合材料，最后经过热亚胺化过程制得聚酰亚胺/绢云母-二氧化硅（PI/Sericite-SiO2）和聚酰亚胺/蒙脱土-二氧化硅(PI/MMT-SiO2)复合薄膜。通过SEM和XRD表征可知，适量的纯无机杂合体系在PI基体中分散均匀，形成了良好的无机层网络。热重分析(TGA)和电学测试的结果表明由于Sericite-SiO2，MMT-SiO2分别在PI基体中形成了良好的致密无机网络结构，由Sericite-SiO2杂合体系填充的聚酰亚胺复合材料（PI-5wt％）的初始分解温度比纯聚酰亚胺(PI-0)提高了40℃，比同量添加纯绢云母聚酰亚胺薄膜(PI-raw)提高了17℃，PI-5wt％的电阻率是PI-0和PI-raw的70倍和2倍，耐击穿电压也得到了类似结果的提高。由MMT-SiO2填充的聚酰亚胺复合材料（PI-5wt％）的初始分解温度比纯聚酰亚胺(PI-0)提高了28℃，比同量添加纯蒙脱土聚酰亚胺薄膜(PI-raw)提高了18℃。同样PI-5wt％的电阻率是PI-0和PI-raw的近30倍和1.6倍，耐击穿电压也相应得到改善。所以层状硅酸盐绢云母和蒙脱土同二氧化硅协同改善了聚酰亚胺薄膜的耐热性能，电阻率和耐击穿电压。
　　为了进一步提高绢云母在高分子基体中的有规则分散性，本文中采用常用的仿生生物成膜物质壳聚糖来改善绢云母的取向分布，采用物理共混的简易方法获得了壳聚糖/绢云母复合薄膜。场发射扫描电镜的结果表明该薄膜具有明显取向的“砖-泥”仿贝壳结构。该独特仿生结构的形成使得壳聚糖复合薄膜的力学性能（拉伸强度和断裂伸长率）得到了显著提高，并且保持了优异的柔软弯曲性能。同时，该复合薄膜具有良好的透明性和电绝缘性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 聚酰亚胺的结构和性能

1．1．2 聚酰亚胺的制备

1．1．3 聚酰亚胺的应用

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外在该领域的研究现状

1．3．1 聚酰亚胺的研究现状

1．3．2 聚酰亚胺／无机氧化物复合薄膜的国内外研究进展

1．3．3 绢云母的结构性能及其应用

1．3．4 蒙脱土的结构性能及其应用

1．3．5 蒙脱土的应用

1．4 本文的主要研究内容

1．4．1 绢云母的改性

1．4．2 蒙脱土的改性

1．4．3 本文的主要研究内容

第二章 二氧化硅／绢云母杂合体的制备及其对聚酰亚胺的填充

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料和仪器

2．1．2 实验过程

2．2 结果与讨论

2．2．1 表征仪器

2．2．2 SiO2／绢云母杂合体的表征

2．2．3 SiO2／绢云母杂合体在PI基体中的分布

2．2．4 SiO2／绢云母／PI复合材料的热性能

2．2．5 SiO2／绢云母／PI复合材料的电性能

2．3 本章小结

第三章 聚酰亚胺／蒙脱土-二氧化硅复合薄膜的制备和性能

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验过程

3．1．3 测试与表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 蒙脱土／二氧化硅杂化体系的表征

3．2．2 MMT-SiO2杂化体系在PI中的分布

3．2．3 PI／MMT-SiO2复合薄膜的热性能表征

3．2．4 PI／MMT-SiO2复合薄膜的电性能表征

3．3 结论

第四章 具有“砖-泥”结构壳聚糖／绢云母复合材料的制备

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料和仪器

4．1．2 实验过程

4．2 结果与讨论

4．2．1 表征仪器

4．2．2 壳聚糖／绢云母薄膜的形貌

4．2．3 壳聚糖／绢云母薄膜的晶体结构和电学性能

4．2．4 壳聚糖／绢云母薄膜的力学性能和透光性

4．3 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 全文展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文