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气相SiO_2表面改性对PI/SiO_2复合薄膜性能的影响

李佳龙  
【摘要】:聚酰亚胺(PI)在合成及性能方面的优势使其成为重要的绝缘材料。随着高科技的发展,掺杂SiO_2的聚酰亚胺薄膜具有良好的机械性能、电性能和热性能,在电气绝缘等领域具有广泛的应用前景。气相SiO_2作为一种表面带电的无机纳米级颗粒可以很好的改性PI各项性能,但由于制备工艺本身的原因,气相二氧化硅表面存在的活性羟基、吸附水及制备过程导致的表面酸区,使气相二氧化硅呈亲水性,难以在有机相中浸润和分散。本文通过制备掺杂相同纳米级别的气相二氧化硅和经六甲基二硅氮烷处理的气相二氧化硅,研究SiO_2表面电荷及表面改性对PI/SiO_2性能的影响。利用原位聚合方法制备掺杂两种无机纳米颗粒的复合薄膜,研究SiO_2表面电荷及表面改性对PI/SiO_2性能的影响。利用TEM观察两种纳米颗粒的形貌、XRD表征纳米颗粒的组织结构、Zeta电位测试纳米颗粒表面电性,利用小角X射线散射技术、FTIR红外吸收光谱表征PI/SiO_2复合薄膜的结构特征,并通过介电频谱、电晕和差示扫描量热仪测试复合薄膜的介电频谱、损耗角正切、耐电晕老化寿命和DSC曲线。实验结果表明:亲水气相Aerosil-380SiO_2颗粒表面带有负电,而六甲基二硅氮烷(HMDZ)处理过的疏水TS-630SiO_2表面不带电,两种气相SiO_2颗粒粒径均在7-10nm范围,呈非晶态,疏水SiO_2颗粒外有一层明显的包覆层;两种类型复合薄膜都存在分形特征和相界面层,随SiO_2组分增加,复合薄膜分形结构由质量分形特征向质量-表面分形特征转变;随频率的升高,两体系复合薄膜的介电损耗明显增加,疏水处理后体系较非处理体系而言,掺杂组分对介电常数和介电损耗的响应为惰性;两种类型SiO_2纳米颗粒均能提高复合薄膜耐电晕性能,在组分为15%时,电晕寿命大致相同并达到最大值,是纯PI薄膜的22.5倍;疏水处理SiO_2引入提升复合薄膜的玻璃化转变温度。综上所述,两种不同气相SiO_2的引入均提高了PI/SiO_2的各项性能,但却表现出各项性能提升的差异,这是由界面结构、聚合机制等复杂多变因素共同决定的,所以导致材料体现出矛盾性的宏观性能。因此,在采用SiO_2改性聚酰亚胺时,对应不同性能指标的要求,选用更加合适的纳米颗粒进行改性。


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