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纳米二氧化钛/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能研究

刘颖男  
【摘要】:聚酰亚胺以其优异的耐热性和力学性能而受到了广泛的关注,但聚酰亚胺的综合性能还有待提高,而对聚酰亚胺进行改性是提升聚酰亚胺综合性能常用办法。在聚酰亚胺的诸多改性方法中,以无机物来改性聚酰亚胺这一课题一直是研究的热点。将纳米二氧化钛添加到聚酰亚胺中从而来提高聚酰亚胺材料的综合性能,是广受关注的研究方向。本文以两种硅烷偶联剂KH550和KH570,对纳米二氧化钛粒子和纳米二氧化钛管进行表面接枝改性,从而降低其表面能提高纳米二氧化钛在有机相中的分散性。并采用FT-IR、SEM、XRD对改性前后的纳米二氧化钛粒子和纳米二氧化钛管进行表征。FT-IR分析表明,对纳米二氧化钛的接枝改性成功;SEM分析表明,经硅烷偶联剂接枝改性后的纳米二氧化钛粒子和纳米二氧化钛管的分散性大大提升,且KH570对纳米二氧化钛的改性效果明显优于KH550。以4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐(BPADA)和间苯二胺(PDA)为单体,制备出一系列不同纳米二氧化钛粒子与纳米二氧化钛管含量的聚酰亚胺单层复合薄膜与三层复合薄膜。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA、万能拉伸测试、接触角测试、吸水率测试和电气强度测试等方法对复合薄膜的结构和性能进行表征和分析。FT-IR分析表明,复合薄膜的热亚胺化完全;XRD分析表明,纳米二氧化钛的加入影响了聚酰亚胺的结晶性;TGA分析表明,纳米二氧化钛改性的单层和三层复合薄膜的热稳定性均有大幅度提升,且纳米二氧化钛管改性的复合薄膜热稳定性提升更为明显;接触角和吸水率测试结果说明,纳米二氧化钛改性的单层和三层复合薄膜的疏水性都得到了提升,且单层薄膜的提升幅度略大于三层薄膜,纳米二氧化钛管改性的复合薄膜疏水性要优于纳米二氧化钛粒子改性的复合薄膜。力学性能测试结果显示,纳米二氧化钛改性的单层和三层复合薄膜其力学性能均有所下降,但具有三层结构的复合薄膜其力学性能下降并不明显;电气强度测试结果表明,纳米二氧化钛改性的单层复合薄膜,电气强度相较于纯聚酰亚胺薄膜大幅度下降,而具有三层结构的复合薄膜其电气强度高于纯膜,且纳米二氧化钛粒子改性的三层复合薄膜其电气强度要高于纳米二氧化钛管改性的复合薄膜。具有三层结构的纳米二氧化钛/聚酰亚胺复合薄膜的热性能、疏水性和电气性能相较于纯聚酰亚胺薄膜均有较大幅度的提升。


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