聚酰亚胺及其复合材料的应用研究
摘要: 聚酰亚胺为分子主链上包含酰亚胺环结构的高分子材料,自身性能优越,目前主要应用在航空航天以及微电子等领域,应用价值和应用前景十分广阔,具有较高的技术性与复合性。本文分析了聚酰亚胺的分类,并从聚酰亚胺纸和聚酰亚胺复合纸、聚酰亚胺浸渍纸、造纸化学品、在高速复印机与其他电子成像装置中的应用等方面探讨了聚酰亚胺复合材料的具体应用。以此了解到聚酰亚胺和复合材料的应用价值,为其后续应用及发展奠定基础。

聚酰亚胺自身性能优良,不仅可以耐高温、耐腐蚀,也具有一定的力学性能和介电性,目前应用范围十分广阔。但是,聚酰亚胺在单一薄膜抗静电、辐射、电磁屏蔽等方面还存在不足,导致聚酰亚胺在电力系统的导电带或者航天电磁屏蔽外罩等方面应用不尽人意。为此,需要结合聚酰亚胺及其复合材料应用情况进行分析,为其后续应用及发展提供参考。

1.聚酰亚胺的分类分析

1.1缩聚型聚酰亚胺

缩聚型芳香族聚酰亚胺是通过多种材料制备得出,其主要构成物质有四种,缩聚型聚酰亚胺制备反应需要质子惰性溶剂,该溶剂的沸点较高,满足反映需求。另外,其他聚酰亚胺材料制备所选工艺为预浸泡成型技术,高沸点的溶解剂由于浸料原因很难发挥溶解作用,这就导致在聚酰亚胺酸环化时期出现了异物挥发现象。这种挥发情况是导致复合材料发生裂缝和孔隙的主要原因,严重影响材料的制备效果。因此,缩聚型聚酰亚胺目前已经很少用作基体树脂,基本以涂料为主。

1.2加聚型聚酰亚胺

加聚型聚酰亚胺的出现和使用主要为了解决缩聚型聚酰亚胺出现的裂缝和孔隙等问题,从现有应用条件和实际情况来讲,加聚型聚酰亚胺的应用有两种形式,分别为聚双马来酰亚胺和降冰片烯基封端聚酰亚胺,上述材料作为基体树脂,其上部顶端位置有不保护基因的低相对分子质量聚酰亚胺,并在具体应用中利用不保护端基完成聚合操作。

2.聚酰亚胺复合材料的具体应用分析

2.1聚酰亚胺纸和聚酰亚胺复合纸

2.1.1聚酰亚胺纸的应用

关于聚酰亚胺合成纸的研究在1980年就已经提及,从构成上来讲,聚酰亚胺合成纸属于合成纸产品中的一类,这种合成纸产品在上世纪末就已经问世,是由日本一家公司研制和销售的。聚酰亚胺合成纸的综合性能比较优越,具有一定的耐高温和绝缘效果,目前在航空航天领域应用较为普遍。从材料角度来讲,聚酰亚胺合成纸的主要材料为非热塑性聚酰亚胺树脂,在制备过程中,工作人员会将没有非质子系统新溶剂的聚酰亚胺前体纤条体进行抄纸处理,之后通过脱水闭环酰亚胺化完成。不过,需要注意酰亚胺化法在应用过程中的水温读数为150-300℃,加热时间为30-60分钟。还需在脱水闭环之前进行烘干处理,这主要在于抄纸后需要迅速进行闭环处理,在足够干燥的情况下能够保证纤条体的紧密连接状态,突出聚酰亚胺复合纸的质量。

2.1.2聚酰亚胺复合纸的应用

聚酰亚胺复合纸纤条体在凝固液中注射前体溶液,溶液的含水量大约在60%-70%之间,可以应用水溶性醚、水溶性醇的混合溶液,混合溶液与聚酰亚胺前体溶液的体积比大约为6-100,此时纤条体的温度为11℃-50℃,最佳的剪切时间段为5s-10min,纤维材料主要包括碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维和有机纤维等。部分研究者利用聚酰胺酸纤维抄造出纤维原纸,并对原纸进行热酰亚胺化处理,从而得到聚酰亚胺复合纸的纸基材料,最后通过加工得到聚酰亚胺复合纸。

2.2聚酰亚胺浸渍纸

一般来讲,浸渍纸的性能优良,在实践领域的应用较多,而浸渍纸本身含有玻璃纤维和聚酰胺纤维等,这种纤维材料是航空航天领域的重要轻体材料。部分学者对聚酰胺树脂和纤维性能进行分析,其通过聚酰胺树脂的打浆处理制备原纤维纸浆,纤维的规格大约为0.5-9MM之间,纤维规格与强度息息相关,若处于0.5MM以下,此时纤维强度将会出现下降趋势,若是大于9MM,则存在分散困难现象。为了保证聚酰亚胺纸的性能,可以在材料分析中加入添加物,主要包括有机硅化合物、含氟树脂颗粒、颜料等。若想完成快速和有效添加,可以直接将添加物材料加入聚酰亚胺前体聚酰亚胺酸的水溶液中,提升添加物的分解速度。另外,酚醛树脂的作用下,材料周围紧紧包裹着纤维、摩擦性能调节剂和填料,如果浸渍量达到20%-24%的标准,工作人员可以清晰的看到材料的孔隙,这有利于提升摩擦材料的性能,为其应用奠定基础。不过,不同于酚醛树脂浸渍的单次浸渍,聚酰亚胺树脂具有双重浸渍功能,能够保证最终制备聚酰亚胺浸渍纸的质量,降低磨损率。

2.3造纸化学品

造纸化学品的制备早在1970左右就已经出现,德国学者根据聚酰亚胺的铵盐制备阳离子型纸张施胶剂,在制备过程中,其利用无水马来酸酐和三甲基-1-戊制备共聚物,无水马来酸酐、三甲基-1-戊烯的平均分子量是8×103~5×103和2,4,4-,之后将和聚物放到无水有机介质中,选取大约0-200℃和含伯胺基的混合物进行中和,此时酰亚胺基团的转化准备率达到了80%-90%,最终制备的有机酸或无机酸盐都可以发挥出纸张施胶剂的良好效果。

2.4在高速复印机与其他电子成像装置中的应用

聚酰亚胺及复合材料在高速复印机和电子成像装置中也有应用,具体来讲,电子成像利用氯化锌的光电导体作用制备感光纸,不过,在具体应用中还需要发挥含硅合成树脂的粘合作用,将其涂抹在纸基上,保证应用效果。不过,在丙烯系树脂出现后,这种材料的性能更为优越,不仅具有耐候性和耐热性,更具有绝缘性等优良性能,因此,将丙烯系树脂作为感光纸的粘合剂与打底处理剂较好的满足了应用需求。另外,聚酰亚胺和复合材料在电子成像中的应用也在不断开发和拓展,英国、美国、日本等众多大型企业纷纷就聚酰亚胺基层薄膜纸在内的电子涂布纸及其应用进行研究,旨在获得技术突破,为造纸技术和航空航天等领域的发展做出贡献。

结语:根据聚酰亚胺及其复合材料的应用发展来讲,现有相关技术行业对聚酰亚胺的需求处于紧迫的状态,希望加速实现聚酰亚胺的产业化和规范化发展。目前,相关领域逐渐加深对聚酰亚胺复合材料的研究,将符合材料与合成技术进行融合,以此完善聚酰亚胺的研究,为本土聚酰亚胺符合材料技术的发展做出贡献,从而合理控制技术及应用成本,为材料应用行业获取一种更具稳定性和高附加值的材料,从而为竣工国防、航空航天、现代化建筑以及绿色材料等领域的发展提供助力。

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