聚酰亚胺_聚全氟乙丙烯复合薄膜的制备及性能表征

市亚 盛 化 工 有 限 公 司 ；盐 酸 （HCl），分 析 纯 ，上 海 中 试 化 工 总 公 司 ； 聚 全 氟 乙 丙 烯 （F46） 浓 缩 分 散 液 ， 工 业级（固含 量 50%），杭 州 瑞 力 普 贸 易 有 限 公 司 ；蒸 馏水，自制。
1.2 试验仪器 AUY220 型电子天平， 日本岛津公司；HS-4 型
伸长率均明显下降。
2.6 不同薄膜表面的微观形貌 玻 璃 板 、PI 薄 膜 上 F46 表 面 的 SEM 照 片 如 图 4 所
示。 由图4可知：薄膜表面上的F46出现开裂现象，这 是 由 于F46 的Mr（ 相 对 分 子 质 量 ）、F46 中 六 氟 丙 烯 含 量以及F46的热稳定性共同作用所致[10-11]。 F46在高 温下易变形，并出现应力开裂现象。图4（a）的裂纹比 较 深 ，图4（b）的 裂 纹 比 较 浅 ，这 说 明 后 者 的 PI 薄 膜 与 F46结合得较好，开裂现象得到有效改善。
收 稿 日 期 ：2012-10-08 ； 修 回 日 期 ：2012-10-15 。 作者简介：高小君（1988—），江苏东台人，硕士，研究方向为高分子材料。 E-mail：guson_rual@ 通讯作者：黄培。 E-mail：phuang@
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1 713 cm-1处是C=O的不对称、对称伸缩振动特征吸 收 峰 ，1 375 cm-1处 是C-N的 伸 缩 振 动 特 征 吸 收 峰 ， 723 cm-1处是C=O的弯曲振动特征吸收峰，说明经酸 碱处理后的PI已完全亚胺化了。F46 NhomakorabeaPI
723 1 713 1 375
2.4 不同薄膜的FT-IR表征与分析 不同薄膜的FT-IR曲线如图3所示。 由图3可知：
对PI/F46曲线而言，2 397、985 cm-1处出现了CF2、 CF3 的特征吸收峰，说明F46已附着在PI薄膜表面；1 776、
第 21 卷第 11 期
高小君等 聚酰亚胺/聚全氟乙丙烯复合薄膜的制备及性能表征
本研究在 PI 薄膜上涂覆 F46 树脂层，既可改善 PI 薄膜的粘接性能和化学惰性（碱性环境），又可利 用 PI 薄膜的高力学强度改善 F46 薄膜的力学性能。
1 试验部分
1.1 试验原料 聚酰亚胺 （PI）薄 膜 （25 μm 厚 ），江 苏 贝 昇 新 材
料 科 技 有 限 公 司 ；氢 氧 化 钠 （NaOH），分 析 纯 ，无 锡
Td5/℃ 492.2
Td10/℃ 511.9
PI/F46
489.9
504.1
0.15 脱水形成的吸热峰
0.05
F46 结晶部分的熔融峰
-0.05 0
150
300
450
温 度/℃
图 1 复合薄膜的 DSC 曲线
Fig.1 DSC curve of composite film
若温度低于300 ℃时，则成膜的F46树脂与PI薄 膜不能牢固结合，即出现易剥离现象；当温度超过 340 ℃时，薄膜之间结合牢固，并且复合薄膜呈透明 状。 综合考虑，选择复合薄膜的烧结温度为340 ℃时 较 适 宜 [9]。
摘 要：采 用 静 置 提 拉 法 制 备 了 聚 酰 亚 胺 （PI）/聚 全 氟 乙 丙 烯 （F46）复 合 薄 膜 ，并 考 察 了 复 合 薄 膜 的 热 性 能 、力 学 性 能 和 表 面 形 貌 。 研 究 结 果 表 明 ：PI 与 F46 能 很 好 结 合 ；与 纯 PI 薄 膜 相 比 ，PI/F46 复 合 薄 膜 的 力 学 性 能 有 所 下 降 ；PI/F46 复 合 薄 膜 的 热 膨 胀 系 数 为 60.01×10-6 K-1，其 热 稳 定 性 明 显 高 于 纯 F46 薄 膜 。
Fig.4 SEM photos of different material surfaces
不同温度烧结后复合薄膜的断面形貌如图5所 示。 由图5可知：PI和F46之间有一条缝隙。 高温环境 中F46乳 液 会 形 成 一 层 晶 状 薄 膜 体 ，并 覆 盖 在 PI 薄 膜 表 面 ；然 而 在 高 温 加 热 条 件 下 ，F46 薄 膜 /PI 薄 膜 之 间 的空气被逐渐排除， 故两薄膜间的空气层逐渐变 稀，形成类似于真空的环境。
PI/F46
2 397 985
1 776
2 500 2 000 1 500 1 000
500
波 数 /cm-1
图 3 不同薄膜的 FT-IR 曲线 Fig.3 FT-IR curves of different films
500 μm
500 μm
（a） F46
（b） PI/F46
图 4 不同物质表面的 SEM 照片
2.3 不同薄膜的热膨胀系数
不同薄膜的热膨胀系数如表2所示。 由表2可
知：不同薄膜的热膨 胀系数依 次为F46薄膜>PI/F46
复合薄膜> PI薄膜。
表 2 不同薄膜的热膨胀系数
Tab.2 Thermal expansion coefficient of different films
薄膜类型
热 膨 胀 系 数 /K-1
100
50
PI/F46
F46
0
0
200
400
600
800
温 度/℃
图 2 不同薄膜的 TGA 曲线 Fig.2 TGA curves of different films
表 1 不同薄膜的分解温度 Tab.1 Pyrolysis temperatures of different films
薄膜类型 F46
聚 酰 亚 胺 （PI）是 指 主 链 上 含 有 酰 亚 胺 环 的 一 类 聚合物[1]。 PI 薄膜具有优异的力学性能、耐高温性能 和耐辐射性能，并且其电阻率高、介电常数低，因而 其作为介电空间层、金属薄膜、保护覆盖层和基材等 已 广 泛 应 用 于 航 空 航 天 、微 电 子 行 业 等 领 域 中 。 [2-3] 然而，PI 薄膜表面光滑、化学表面能较低、与基材界 面的粘接性能相对较差、 不能自身熔融和粘接，故 其在绝缘结构材料方面的应用受到很大限制。 因 此，对 PI 薄膜表面进行改性，可有效提高其表面湿 润性和粘接性能 。 [4-5] PI 薄膜表面处理法主要有酸碱 处 理 、电 晕 处 理 和 等 离 子 处 理 等 ， [5-7] 其 中 酸 碱 处 理 法因操作简单和价廉而得到广泛研究和应用。
1.3 试验制备 （1）酸碱处理法对 PI 薄膜表面进行处理：25 ℃
时采用 10% NaOH 溶液处理 PI 薄膜 15 min[8]，水洗 2～3 次；然后用 10% HCl 溶液酸洗 5 min，水洗 1～2 次， 室温晾干即可。
（2）PI/F46 复合薄膜的 制备： 将 F46 水乳 液放 入烧杯中， 用静置提拉法在 PI 薄膜表面形成 一层 F46 水膜，空气中晾干后即可。
关键词：聚酰亚胺；聚全氟乙丙烯；热膨胀系数；粘接机制 中图分类号：TQ323.7 文献标志码：A 文章编号：1004－2849（2012）11－0019-04
0前言
聚 全 氟 乙 丙 烯 （F46） 是 由 四 氟 乙 烯 和 六 氟 丙 烯 共聚而成的， 具有优良的加工性能和电绝缘性能。 然而，F46 易开裂，并且其热稳定性和力学性能也相 对较差，故 F46 常与其他材料复合使用。
冷却至晶体熔点以下的，故其大分子重结晶后的结
晶度为50%～60%， 而结晶度过高时聚合物变脆，故
复合材料的断裂伸长率降低。
F46薄 膜 成 型 后 覆 盖 在PI薄 膜 表 面 ，当 复 合 薄 膜
受到拉伸载荷作用时， 其中的热塑性F46薄膜刚性
较小，故复合薄膜的拉伸行为是刚性拉伸和柔性拉
伸共同作用所致，即其拉伸强度、弹性模量和断裂
2.5 不同薄膜的拉伸强度
不同薄膜的拉伸强度如表3所示。 由表3可知：
PI/F46复合薄膜的力学性能低于PI薄膜。
表 3 不同薄膜的拉伸强度 Tab.3 Tensile strength of different films
薄膜类型 最大负荷/N 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa 弹性模量/MPa
PI
（3）热 膨 胀 系 数 ：采 用 静 态 热 机 械 分 析 （TMA） 法进行测定（N2 气氛，升温速率 10 K/min，载荷 50 N）。
（4） 结 构 特 征 ： 采 用 红 外 光 谱 （FT-IR） 法 进 行 表 征（涂膜法制样）。
（5）拉 伸 性 能 和 弹 性 模 量 ： 按 照 ISO 29864— 2007标准，采用电子万能试验机进行测定（拉伸速率 2 mm/min，室温测定）。
30.17
62.94
150.85
1 707.0
PI/F46 24.34
47.73
81.14
1 139.4
这是由于F46具有一定的结晶度， 其分子链排
列紧密 、孔隙率下 降 ，故F46脆 性 较 大 ；当 该 材 料 受
到冲击时，其分子链段无活动余地，故复合材料的
拉伸强度降低。 此外，由于F46熔体在烘箱中是缓慢
PI
30.89×10-6
F46
80.22×10-6
PI/F46
60.01×10-6
这是由于高分子材料都是由链段组成的，其温 度低于Tg（玻璃化转变温度）时呈蜷曲状 ，升温过程 有 利 于 其 弹 性 伸 张 ；PI和F46的 弹 性 伸 张 程 度 不 同 易 导致两者的热膨胀系数不同， 前者弹性伸张较慢， 后者弹性伸张较快。 由于PI和F46能良好结合，故利 用PI薄 膜 的 低 热 膨 胀 系 数 这 一 特 性 ， 可 有 效 降 低 PI/F46复合薄膜的热膨胀系数，增加其热稳定性能。