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不同配比的聚苯胺/炭黑改善聚酰亚胺复合体系的电性能研究文献综述

 2020-04-07 04:04  

文 献 综 述

聚酰亚胺(Polyimide简称PI)是芳香二酐和芳香族二胺缩聚而成的环链聚合物,是一类新型的耐高温材料[1],耐高温达400 ℃以上,长期使用温度范围200-300 ℃,无明显熔点,具有高绝缘性能[2]。

聚酰亚胺,因其在性能和合成方面的突出特点,不论是作为结构材料或是作为功能性材料,其巨大的应用前景已经得到充分的认识,被称为是”解决问题的能手”,并认为”没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术”。聚酰亚胺薄膜是一种新型的高性能特种工程塑料薄膜,以其优异的机械性能[3]、耐高温性能、耐辐射性能、低介电常数和高电阻率等优异性能,广泛应用于微电子[4]行业作为介电空间层、金属薄膜的保护覆盖层和基材[5]。

聚酰亚胺薄膜制取工艺首先是进行树脂合成,由芳香族二胺和芳香族二酐在高沸点质子惰性的溶剂中以大致等摩尔比进行缩聚反应,生成聚酰亚胺树脂的预聚体聚酰胺酸溶液,并使其在支持体上涂布或流延成膜,再经亚胺化而成。制取工艺基本上是二步法,第一步是缩聚合成预聚体聚酰胺酸(PAA),第二步是脱水闭环成膜亚胺化。通常是是利用二胺和二酐反应生成聚酰亚胺,然后再热环化生成聚酰亚胺[6,7]。二酐和二胺分别采用均苯四酸二酐(PMDA)和4,4-二氨基二苯醚(ODA)。

聚酰亚胺分子极性大,吸水性差,表面电阻率较高(表面电阻率在(1015 ~1020Ω 左右),表面张力低,可用作良好的电绝缘材料。但其塑料制品在使用时极易产生静电积累,这些电荷的积聚[8]可能会引起燃烧、爆炸等事故,因此为了消除静电危害,拓宽聚酰亚胺的应用领域,必须对其进行抗静电处理。

对聚酰亚胺抗静电处理的方法常用的是添加导电填料(如导电石墨,炭黑,金属粉等)的方法[9],它具有质轻、易成型、成本低,可在大范围内通过调节导电物质的用量来改变材料的电性能,易于大规模生产等优点而被广泛应用于抗静电、电磁屏蔽等许多领域。目前国内外对抗静电复合材料的研究开发主要集中在聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等热塑性树脂材料上,而这些种材料的最大缺点就是不耐高温。以PI为基体材料的抗静电薄膜却鲜见报道。

聚苯胺Polyaniline(简称PANI)是主链上含有交替的苯环和氮原子的一种特殊的导电聚合物,可溶于N#8212;甲基吡咯烷酮,被认为是导电聚合物的新宠儿,最有希望得到实际应用[10]。由于其优良的环境稳定性,可用于制备传感器、电池、电容器等。

早在100多年前,聚苯胺就作为合成染料的不溶不熔的副产物”苯胺黑”而存在了,但是当时人们关心的是如何避免它的生成[11]。直到70年代后期由于聚乙炔的发现而迅速产生了以共轭高分子为基础的导电高分子学科,聚苯胺也于1985年被MacDarmid等首次报道了通过控制氧化聚合时pH值,在酸性水溶液中可以得到较高电导率(5~10S.cm-1)的聚苯胺粉末。由于聚苯胺原料便宜,合成简单,并且在空气中稳定性极好,从而具有极大的应用潜力。因此尽管它被开发的时间比较晚,却一跃成为导电高分子研究的热点和推动力之一[11-13],目前己成为最受关注的三大导电高分子品种(聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯)之一。

炭黑是目前应用最广、用量最大的导电填料,其体积电阻率为0.1~10Ω#183;cm, 导电性能稳定持久,可以大幅度调整材料的导电性能(1~108Ω#183;cm),因此,炭黑填充的高分子导电复合材料导电效果好,被广泛应用于抗静电和导电材料、自控温发热材料、 压敏导电胶、 电磁波屏蔽等领域[14-15]。用炭黑作为抗静电性材料还有许多优点[15],如原料易得、价格低廉、抗静电性能稳定、电阻率调节范围大等。

近几年来,导电高分子材料的研究取得了较大的进展,结构型导电高分子主要有聚乙炔、聚芳环和芳稠环化合物及其衍生物、聚芳杂环化合物及其衍生物、聚酰亚胺及其复合材料。聚酰亚胺材料具有优异的粘附性能、耐辐射性能、耐热性能、力学机械性能以及很好的化学物理稳定性等,尤其是具有很好的绝缘性,经常作为电缆绕包材料或作为导电漆用于电磁线等。以聚苯胺导电填料填充的高分子复合材料具有一定的导电性能,称为导电塑料,并因其具备良好的经济型、环保效应、成型性能、物理性能、良好的综合性能,得到广泛的应用。

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