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聚酰亚胺/蒙脱土/二氧化钛三相复合薄膜的制备及性能研究

杨泽鹏  
【摘要】:柔性电子与柔性显示技术是近年来电子信息领域最为活跃的研究方向,同时也是电子信息产业发展的重要方向。柔性显示由于具有轻柔等独特的优势成为未来显示技术的主要发展方向之一,而其中柔性显示器件的发展呈现出柔性化、卷曲化和可穿戴化的趋势。柔性基板作为整个柔性显示器件的支撑与保护组件,其性能对于柔性显示器件的品质与寿命均具有重要的影响。目前可作为柔性显示器件基板的备选材料包括超薄玻璃、金属箔以及聚合物薄膜三大类,其中,聚合物薄膜在光学性能、机械性能和化学性能方面都优于其他两类材料,而在聚合物薄膜中,聚酰亚胺薄膜以其优良的耐高温特性、良好的力学性能以及优良的化学稳定性而备受关注。聚酰亚胺是一类分子结构中含有酰亚胺环的有机高分子材料,刚性的酰亚胺环赋予了这类材料优异的综合性能,从而使得聚酰亚胺成为柔性显示器件基板的首选材料。为了提升聚酰亚胺的耐热性以及力学性能,本文首先采用单因素实验和响应面优化法对聚酰亚胺薄膜的制备工艺条件进行优化;然后,在制备聚酰亚胺薄膜过程中分别加入蒙脱土和二氧化钛,制备聚酰亚胺/蒙脱土复合薄膜和聚酰亚胺/二氧化钛复合薄膜,表征薄膜微观结构并进行性能测试;其次,在制备聚酰亚胺薄膜过程中同时添加蒙脱土和二氧化钛,制备聚酰亚胺/蒙脱土/二氧化钛三相复合薄膜,表征薄膜微观结构并进行性能测试;再次,对聚酰亚胺/蒙脱土/二氧化钛三相复合材料进行分子模拟,构建分子模型,进行理论分析计算;最后考察不同外界环境条件对聚酰亚胺薄膜性能的影响。结果表明:(1)对聚酰亚胺薄膜的制备工艺条件进行优化后得出的最佳实验条件为单体材料摩尔比为1.02:1,反应温度为10.31℃,反应时间为5.93h,固含量为18.21%;在制备聚酰亚胺薄膜过程中添加蒙脱土和二氧化钛可以改善薄膜的力学性能和热学性能,当蒙脱土和二氧化钛质量含量分别达到8%时,聚酰亚胺/蒙脱土复合薄膜和聚酰亚胺/二氧化钛复合薄膜的热失重温度和玻璃化转变温度达到最优;当蒙脱土和二氧化钛质量含量分别达到4%时,聚酰亚胺/蒙脱土复合薄膜和聚酰亚胺/二氧化钛复合薄膜的拉伸强度和杨氏模量达到最优;(2)在制备聚酰亚胺薄膜过程中同时加入蒙脱土和二氧化钛,当蒙脱土和二氧化钛(1:1)混合质量含量达到6%时,聚酰亚胺/蒙脱土/二氧化钛三相复合薄膜的热失重温度、玻璃化转变温度、拉伸强度和杨氏模量达到最优;同时,为了弥补实验条件的不足,在实验数据的基础上,对聚酰亚胺/蒙脱土/二氧化钛三相复合材料建立分子模型,计算了模型的机械性能,结果表明:在298K和1个标准大气压条件下,复合材料的杨氏模量相较实验结果,提升21.14%;复合材料的拉伸强度相较实验结果,提升20.23%。(3)对三种聚酰亚胺薄膜进行碱、氧化剂、紫外线和微波处理,并对薄膜进行热失重温度、玻璃化转变温度、拉伸强度和杨氏模量性能测试,研究不同外界环境条件对这三种薄膜的性能影响。研究结果表明,经过不同的外界条件处理后,聚酰亚胺薄膜的热学性能和力学性能都有不同程度的下降,通过对三种薄膜的性能下降趋势图进行分析,三种薄膜的性能下降趋势基本相同。


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