异构型联苯四酸二酐(i-BPDA/s-BPDA)合成热塑性以及热固性共聚聚酰亚胺及其性能研究

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聚酰亚胺具有良好的耐热性,化学稳定性,力学性能以及耐辐射性等,可以广泛应用于航空航天,微电子,汽车船舶等领域。聚酰亚胺主要分为两大类:热塑性聚酰亚胺和热固性聚酰亚胺。他们各有优缺点,热塑性聚酰亚胺具有良好的韧性,而且加工时间短,但是由于其苯环上含有苯环和酰亚胺环,电子极化和结晶性导致其难熔融难溶解,加工成型困难;而热固性聚酰亚胺易于加工,目前得到广泛应用的热固性聚酰亚胺主要有PMR-15, PETI-5, TriA-PI等种类,但是热固性聚酰亚胺断裂伸长率较低,韧性较差。本论文由不同比例的二酐单体3,3’,4,4’-联苯四酸二酐(s-BPDA),2,2’,3,3’-联苯四酸二酐(i-BPDA)与二胺单体4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)制得了一系列可溶的热塑性共聚聚酰亚胺。并采用TGA, DSC, DMA以及拉伸等测试方法对所得聚酰亚胺进行了表征,研究表明所得聚酰亚胺具有优异的力学性能和热性能,由于i-BPDA具有非共面非线性的刚性结构,使聚酰亚胺分子链段发生扭曲,可以有效地降低了分子链的堆积密度,减小分子链间作用力,破坏分子链的对称性和规整性,因此随着i-BPDA含量的增大,聚酰亚胺的溶解性提高,玻璃化转变温度升高,中间体聚酰胺酸的粘度降低,聚酰亚胺薄膜的拉伸强度、模量以及断裂伸长率也均降低,当i-BPDA含量在40%-80%时,材料仍具有良好的力学性能,而且具有优异的溶解性和热性能。近年来,非对称、芳香族、无定形的聚酰亚胺预聚体TriA-PI由于不仅具有耐热性,耐氧化性和高韧性,而且又具有良好的熔融流动性,易于加工成型,具有最为优异的综合性能,引起了材料研究者们的广泛关注。但是其合成原料a-BPDA价格昂贵,在工业化时仍然存在问题。本论文采用价格较为低廉的s-BPDA与i-BPDA共聚,期望得到与TriA-PI性能相类似的热固性聚酰亚胺。i-BPDA和s-BPDA的摩尔比为50:50,二胺同样采用4,4’-ODA,以PEPA封端,通过控制聚合度来得到不同分子量的聚酰亚胺预聚体,进一步通过交联固化得到热固性的聚酰亚胺树脂薄膜,并对预聚体和聚合物分别进行了各项性能的比较。通过与TriA-PI性能相对比,得知当聚合度为5时,即Olig-5的热性能,机械性能,熔体粘度均与TriA-PI相似,并在177℃空气环境下对其进行老化稳定性考察,结果表明了此树脂在177℃具有优异的长期耐老化性能,进一步确定了此类树脂的优异性能。
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