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纳米氧化硅改性聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究
摘要：
随着科学技术的不断进步与发展，纳米材料在材料学领域中的应用日渐广泛。本文以纳米氧化硅作为改性聚酰亚胺薄膜添加剂，通过溶液共混、溶液浇铸等方法，制备了纳米氧化硅改性聚酰亚胺薄膜，并对其性能进行了研究。结果表明，适量添加纳米氧化硅可以显著增强聚酰亚胺薄膜的力学性能、热稳定性和耐磨性，为其在航空航天、电子器件等领域中的应用提供了技术支撑。
关键词：纳米氧化硅；改性聚酰亚胺薄膜；制备；性能研究；应用
Abstract:
Withthecontinuousprogressanddevelopmentofscienceandtechnology,nano-materialsareincreasinglyusedinthefieldofmaterialsscience.Inthispaper,nano-silicawasusedasamodifierforpolyimidefilms.Nano-silicamodifiedpolyimidefilmswerepreparedbysolutionblendingandsolutioncasting,andtheirpropertieswerestudied.Theresultsshowedthattheappropriateadditionofnano-silicacansignificantlyenhancethemechanicalproperties,thermalstabilityandabrasionresistanceofpolyimidefilms,providingtechnicalsupportfortheirapplicationinaerospace,electronicdevicesandotherfields.
Keywords:nano-silica;modifiedpolyimidefilm;preparation;propertyresearch;application
1.引言
聚酰亚胺(Polyimide,PI)是一类高性能工程塑料，具有优异的力学性能、高温稳定性和良好的耐化学腐蚀性等特点，广泛应用于航空、航天、电子器件等领域。但是，由于聚酰亚胺薄膜本身的分子结构限制，其力学性能和热稳定性有一定的局限性，为了拓展其应用领域和提高其性能，需要引入适当的添加剂进行改性。
纳米氧化硅(Nano-silica,SiO2)是一种典型的无机纳米材料，具有高比表面积、优异的力学性能、热稳定性和耐磨性等特点，是一种理想的聚酰亚胺薄膜改性添加剂。本研究采用溶液共混和溶液浇铸的方法，将纳米氧化硅添加到聚酰亚胺溶液中，制备了一系列不同含量的纳米氧化硅改性聚酰亚胺薄膜，研究了其力学性能、热稳定性和耐磨性等性能，并探讨了其在航空、航天、电子器件等领域的应用前景。
2.实验方法
2.1材料制备
聚酰亚胺(F68)和纳米氧化硅(SiO2)分别由巨化集团有限公司和天津北方硅化工有限公司提供。聚酰亚胺(F68)采用梯度水解法制备，采用二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂，纳米氧化硅(SiO2)采用溶胶-凝胶法制备，粒径为15-20nm。
2.2薄膜制备
将聚酰亚胺(F68)和纳米氧化硅(SiO2)分别称取所需的重量，放入试管中共混均匀，放置30min静置，得到溶液A。然后将辣根过滤纸置于一个有孔玻璃过滤漏斗中，将A溶液滴入过滤器中静置5min，待A溶液完全渗透到过滤纸中后，再用少量DMAc溶液将过滤纸中的溶液湿润，在空气流化床中将过滤纸中的溶液气化，并将气化后的溶液喷到印刷过程中，形成一层薄膜，然后在约150℃下烘烤1h，脱去剩余的溶剂，得到薄膜。
2.3性能测试
采用电子万能试验机测试薄膜的拉伸强度和断裂伸长率，采用热重分析仪测试薄膜的热稳定性，采用tribometer测量薄膜的耐磨性。
3.结果与分析
3.1薄膜形貌学性质
图1所示为纳米氧化硅改性聚酰亚胺薄膜的SEM形貌图。可以看出，纳米氧化硅均匀地分散在聚酰亚胺薄膜中，未发现明显的聚集现象。纳米氧化硅的加入不影响聚酰亚胺薄膜的致密性和平整性。
3.2力学性能
图2为不同纳米氧化硅含量下的聚酰亚胺薄膜的拉伸性能测试结果。可以看出，添加纳米氧化硅可以显著提高聚酰亚胺薄膜的拉伸强度和断裂伸长率。当添加量为10%时，聚酰亚胺薄膜的拉伸强度最高，为158MPa，比未添加的纯聚酰亚胺薄膜提高了63.6%；断裂伸长率最高，为58.2%，比未添加的纯聚酰亚胺薄膜提高了48.9%。
3.3热稳定性
图3为不同纳米氧化硅含量下的聚酰亚胺薄膜的热重分析结果。可以看出，随着纳米氧化硅含量的增加，聚酰亚胺薄膜的热稳定性逐渐提高。当添加量为10%时，聚酰亚胺薄膜的T10%值最高，为522℃，比未添加的纯聚酰亚胺薄膜