聚酰亚胺复合膜综述.doc

聚酰业胺基复合膜的制备及性能研究综述
一．前言
随着科学技术的发展，对材料性能提出了越来越高的要求。聚酰亚胺是一种重要的工程塑料，具有良好的综合性能，是耐热等级最高的聚合物材料之一，广泛应用在航天航空、电子电气等产业中。钛酸钡(BaTiO3)是一种具有钙钛矿结构(ABO3)的介电材料，它具有铁电、压电、高介电常数和正温度系数效应等优异的电学性能，因此它成为高介电陶瓷电容器的主要原材料，而且关于钛酸钡及掺杂钛酸钡的制备和介电性能研究也一直是研究的热点。有机一无机复合材料综合了有机物和无机物各自的优点，在力学、热学、光学、电磁学及生物学等方面具有许多优异的性能，已经成为国内外新型复合材料研究的热点。其中聚合物／陶瓷复合材料就是重要的一类复合材料，它结合了陶瓷材料和聚合物材料的优点，通过制备研究，有望得到机械性能优良、成型工艺简单的高介电复合材料，是一种很有发展前景的电子材料。

二．研究总结
现代电力系统和电子器件与产品对材料的介电性能和产品质量提出了更高的要求，希望向轻型化、薄型化、小型化、低能耗等方向发展。就电介质材料而言，减少电介质材料体积，提高电解质材料容量一直是追求的目标。目前，对容易大面积加工的柔性高介电常数，低损耗薄膜的研究越来越受到人们的关注。聚酰亚胺薄膜自上世纪60年代投入应用以来，以其优异的热性能，绝缘性能、介电性能和机械性能等使其成为电子，化工和航天等工业领域的首选高分子材料。自美国杜邦公司首先实现聚酰亚胺工业化生产以来，各大公司随后也相继开发和生产了聚酰亚胺树脂及薄膜。我国目前的聚酰亚胺树脂及薄膜的生产规模较小，价格和成本较高，产品的质量也有一定差距，利润空间已经很小，聚酰亚胺薄膜的市场需求已趋于饱和。因此，进一步提高产品质量，拓展聚酰亚胺的新用途，提高在国际上的竞争能力，将成为今后我国聚酰亚胺工业发展的重点，也是需要广大研究者关注的课题。聚酰亚胺是一种重要的工程塑料，对其改性探究，一直都是各国研究的焦点。随着高新科技的发展，普通聚酰亚胺材料已经不能满足高新科技产品的制造对材料性能的要求，由此聚酰亚胺改性就成为现在研究的热点。将无机组分引入聚酰亚胺基体中达到无机一有机性能的复合，成为其改性工作中较有效的方法。目前，对聚酰亚胺中引入二氧化硅，氧化铝等无机组分研究较多，引入钛酸钡粉体的研究相对较少。钛酸钡是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料，具有高介电常数和低介电损耗的优点，在电子和光学工业中得到广泛应用。但钛酸钡薄膜制备需高温且工艺复杂、柔韧性差，使用中受温差和机械作用影响易变形开裂，与有机聚合物结合成复合膜是克服这些缺点的方法之一。钛酸钡是重要的铁电材料，掺杂不同元素的钛酸钡其结构和特性均会发生改变，因此对其掺杂改性的研究非常多，其中以提高介电常数的掺杂改性研究尤为突出。钛酸钡中锆的掺杂就是重要的一部分，锆钛酸钡因其高介电常数，低介电损耗备受关注。
本文选取热性能优良的聚酰亚胺(PI)作为基体，选取钛酸钡和锆钛酸钙钡两种无机粉体作为分散相。分别采用溶液混合法和原位聚合法两种制备方法将无机粒子分散到聚酰亚胺基体中，制备出聚酰亚胺／钛酸钡复合膜和聚酰亚胺／锆钛酸钙钡复合膜。并且分别利用原子力显微镜、热重分析和介电谱对薄膜的表面形貌、热性能和介电性能等方面进行了表征和测试。本研究主要工作如下：
1．溶液共混法制备了聚酰亚胺／钛酸钡复合膜，并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征。原位聚合法制备了PI／BaTiO3：，复合膜，并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征。两种方法均可以成功制各出复合膜，且材料的热稳定性相应提高。
2．比较两科t制备工艺制备出的复合膜结构及性能。溶液共混法和原位聚合法制备的复合膜经XRD分析，制备膜的过程中无机粒子的晶型均未发生变化。原位聚合法制备的复合膜，其中BaTiO3。较均匀的分散在基体中。介电性能方面，原位聚合法制备的PI／BaTiO3啦复合薄膜的介电性能要优于溶液共混法制备得到的复合膜。在室温，lkHz频率下，原位聚合法得到的复合膜的介电常数可达19．8，高于溶液混合法制备复合膜的介电常数。而原位聚合法复合膜的介电损耗却低于溶液混合法的复合膜。主要由于原位聚合法得到的复合膜中的界面要比溶液共混法得到的复合薄膜中的界面好。
3．分别用溶液混合法和原位聚合法制备出聚酰亚胺／锆钛酸钙钡复合膜，并通过AFM、TEM、XRD、TGA等对其进行表征，测试了其介电性能。两种方法均可以成功制备出复合膜，且材料的热稳定性相应提高。
4．比较两种制备工艺制备出的复合膜结构及性能。溶液混合法和原位聚合法制备的复合膜经XRD分析，制备膜的过程中无机粒子的晶型均未发生变化。但原位聚合法制备的复合膜，其中(BaCa)ZrTi03更均匀的分散在基体中。原位聚合法制备的PI／(BaCa)ZrTi03复合膜的介电性能要优于溶液共混法制备得到的复合膜，在室温，lkHz频率下，原位聚合法得到的复合膜的介电常数可达25。主要由于原位聚合法得到的复合膜中的界面要比溶液共混法制得的复合膜中的界面好。与聚酰亚胺／钛酸钡复合膜相比，聚酰业胺／锆钛酸钙钡复合膜的介电常数要更高。
三．研究的综合分析和前景
有机／无机复合材料综合了有机物和无机物各自的优点，在力学、热学、光学、电磁学及生物学等方面具有许多优异的性能。目前电容器的发展正向轻型化、薄型化、小型化、低能耗等方向发展。聚酰亚胺，／钛酸钡复合膜，聚酰亚胺／锆钛酸钙钡复合膜结合了聚酰亚胺和钛酸钡及掺杂钛酸钡的优点，具有高热稳定性，有较高介电常数，其呈现出广阔的研究前景。
本研究有待于进一步进行的工作：
1．无机粉体含量越大复合膜的介电常数越高，但其介电损耗也随之增大，提高介电常数降低介电损耗是继续研究的重点。
2．随着无机粉体含量的增加，复合膜的机械性能变差，提高机械性能的研究也是后续研究的方向之一。
3．聚酰亚胺／钛酸钡复合膜的耐压性能也是重点，在复合膜中可以加入第三相，如氧化铝等无机体，对提高耐压性能有积极意义，但三相复合在含量研究方面有较高难度。
四．参考文献
[1]Mittal K L(ed)．Polyimides：Synthesis，Characterization，Application[M]，Vols．1 and Vols．2．New York：Plenum Press，1984．
[2]Bessonv M I，Kotton M M，Kudryavtsev V V，Laius L A．Pol yimides：Thermal Stable
Polymers[M]．New York：Consulants Bureau，1987．
[3]WiisonD，StenzenbergerHD，Hergenrother PM．Polyimides[M]．Glasgow：Blackie，
1990．
[4]李生柱，吴建华，朱小华等．高性能聚酰亚胺的进展[J]．化上新型材料，2002，30(6)：
19—24
[5]郭洪，明源，术磊等．聚酞弧胺／凹凸棒土复合物制备与表征[J]．中国科学技术
人学学报，2006， 36(1)：122-124．
[6]衷敬和，张明艳，姜其斌等．聚酞Ⅱ胺／氧化硅一氧化铝杂化薄膜的制备[J]．化工新型
材料，2005，33(11)：21—23．
[7]符连社，张洪杰，邵华等．溶胶凝胶法制备无机／有机杂化材料研究进展．材料科学
与工程，17(1)，84—90．
[8]朱启安，杨立新．电子陶瓷材料饮酸钡的生产工艺及技术进展．无机盐工业，33(2)：
23—25．