期刊信息
主办:天津市合成材料工业研究所有限公司
主管:天津渤海化工集团有限责任公司
ISSN:1002-7432
CN:12-1159/TQ
语言:中文
周期:双月
影响因子:0.254658
数据库收录:
北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);北大核心期刊(2017版);化学文摘(网络版);中国科学引文数据库(2011-2012);中国科学引文数据库(2013-2014);中国科学引文数据库(2015-2016);中国科学引文数据库(2017-2018);中国科学引文数据库(2019-2020);日本科学技术振兴机构数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:有机化工
期刊热词:
简讯
聚酰亚胺胶黏剂的研究进展(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】3 展望 聚酰亚胺作为一种很有发展前途的高分子材料,在胶黏剂领域的应用正在不断扩大,在功能材料方面正崭露头角,其潜力仍在发掘中。今后,聚酰亚
3 展望
聚酰亚胺作为一种很有发展前途的高分子材料,在胶黏剂领域的应用正在不断扩大,在功能材料方面正崭露头角,其潜力仍在发掘中。今后,聚酰亚胺树脂研究的主要方向集中在以下方面:(1)开发出新型的单体;(2)在单体合成及聚合方法上寻求降低成本的途径;(3)选择合适的固化剂及溶剂体系来改善其胶接性能及工艺条件。
[1]周宏福,刘润山.耐高温有机胶黏剂的现状与发展[J].粘接,2009,30(6):67~70.
[2]TAKEDA S,MASUKO T,TAKANO N,et al.Die attach adhesives and films[J].Materials for advanced Chem,2017(2):469~510.
[3]MARQUES E A S,DA SILVA L F M,BANEA M D,et joints for low-and high-temperature use:an overview[J].The Journal of Adhesion,2015,91(7):556~585.
[4] PIZZI A,MITTAL K of adhesive technology[M].[sl.]:CRC press,2017.
[5]SANCAKTAR of adhesive and sealant materials[J].Handbook of Adhesion Technology,2018(6):283~317.
[6]周宏福,刘润山.聚酰亚胺的合成与改性研究[J].合成技术及应用,2009,24(1):35~39.
[7]LV M,WANG Y,WANG Q,et changes and tribological performance of thermosetting polyimide induced by proton and electron irradiation [J].Radiation Physics and Chemistry,2015,107:171~177.
[8]王凯歌,曹新鑫,吴梦林,等.聚酰亚胺增韧改性研究进展[J].中国塑料,2018,32(9):9~16.
[10]张艺,郑雪菲,牛新星,等.含硫醚结构均苯型聚酰亚胺的合成及表征[J].高分子学报,2010(11):1288~1293.
[11]张斌,朱兴明,孙明明.联苯酐型聚酰亚胺胶黏剂的合成与性能[J].高分子材料科学与工程,2010,26(01):5~8.
[12]胡顺成,陈志强,洪慧铭,等.新型热塑性的双酮酐型聚酰亚胺的合成与性能研究[J].江西师范大学学报:自然科学版,2016,40(4):415~419,441.
[13]KADIYALA A K,SHARMA M,BIJWE of thermoplastic polyimide as high temperature adhesive and understanding the interfacial chemistry using XPS,ToF-SIMS and Raman spectroscopy[J].Materials&Design,2016,109:622~633.
[14]LI B,WU Z,LIN ,thermal stability,electrochemical behaviors,and mechanical properties of organo soluble polyimide with pyrimidine ring in the main chain [J].Journal of Applied Polymer Science,2016,133(28):36~39.
[15]IREDALE R J,WARD C,HAMERTON I.Modern advances in bismaleimide resin technology:a 21st century perspective on the chemistry of addition polyimides[J].Progress in Polymer Science,2017,69:19~21.
[16]BABKIN A V,ERDNI-GORYAEV E M,SOLOPCHENKO A V,et and thermal properties of modified bismaleimide matrices toughened by polyetherimides and polyimide[J].Polymers for Advanced Technologies,2016,27 (6):774~780.
[17] YE Y,YUAN L,LIANG G,et toughening and strengthening cyanate ester resin with better dielectric properties by building nanostructures in its crosslinked network using polyimide-block-polysiloxane rod-coil block copolymers[J].RSC Advances,2016,6(55):~.
[18]宋育杰,陈功.新型耐高温PI胶黏剂用单体的合成及表征[J].中国胶黏剂,2013,22(2):13~17.
[19]李彩玲,张伟君,张绪刚,等.二烯丙基双酚A改性双马来酰亚胺高温胶黏剂[J].化学与黏合,2000(2):69~70.
[20]DEETS G L,XIONG cure polyimide oligomers:U.S.B2[P],2018-11-13.
[21]WANG K,YUAN X,ZHAN between microwave and thermal curing of a polyimide adhesive end-caped with phenylethynyl groups[J].International Journal of Adhesion and Adhesives,2017,74:28~34.
[22]许庆明.高韧性聚酰亚胺复合材料的研究[D].长春:长春理工大学,2012.
[23]LI D,YANG Y,YANG C,et and characterization of a novel high-temperature structural adhesive based on MDA-BAPP-BTDA co-polyimide[J].Journal of Macromolecular Science,Part A,2015,52(7):540~547.
[24]王响.异构型联苯四酸二酐(i-BPDA/s-BPDA)合成热塑性以及热固性共聚聚酰亚胺及其性能研究[D].长春:吉林大学,2011.
[25]杨彩娟.耐高温聚酰亚胺结构胶的合成及性能研究[D].长沙:中南大学,2013.
前 言聚酰亚胺(PI)是分子主链中含有酰亚胺环状结构的高聚物,是半梯形结构的高分子化合物。聚酰亚胺具有优良的耐热老化性能、化学稳定性以及耐溶剂性,热膨胀系数小,且其力学性能和电学性能优异,是一类理想的耐高温结构胶黏剂[1,2]。聚酰亚胺因其优异的综合性能,在航空航天及电子等高科技领域中有广泛的应用。随着高科技领域的发展,人们对应用于这些领域的胶黏剂的耐热性提出了更高的要求,如要求耐高温胶黏剂在232℃环境中可以使用数千小时,在316℃环境中可以使用数百小时[3,4]。现有的耐高温胶黏剂多为环氧树脂或者酚醛树脂等改性,其耐热温度一般不超过260℃[5,6]。因此,聚酰亚胺作为一类理想的耐高温胶黏剂受到越来越多的关注。聚酰亚胺可分为热固性和热塑性两大类,近年来热固性PI树脂因其优异的耐热性受到重视并得到长足发展[7]。1 热塑性聚酰亚胺热塑性聚酰亚胺(TPI)的主链上含有亚胺环和芳香环的梯形结构,这类聚合物具有优良的耐热性和抗热老化性能,在-200~260℃范围内具有优异的力学性能和电学性能[8]。按所用的芳香族四酸二酐单体结构的不同,热塑性聚酰亚胺又可分为均苯酐型、醚酐型、酮酐型和氟酐型聚酰亚胺等[9]。张艺等[10]以 4,4′- 二氨基二苯硫醚(SDA)和均苯四酸酐(PMDA)为原料,通过溶液缩聚法-热酰亚胺/化学酰亚胺化的方法制备了一种含硫醚结构均苯型聚酰亚胺。利用高级旋转流变仪建立了在线跟踪反应进程的方法,采用热失重分析仪研究反应条件对热酰亚胺化及化学酰亚胺化法的影响,这些方法的建立为进一步制备高性能的聚酰亚胺提供了有效的实验手段。采用小角激光光散射法、红外光谱、元素分析、接触角仪和DSC等方法对聚合物的结构与性能进行表征。结果显示,硫醚结构的引入,可有效改善聚合物薄膜的表面性能,其与铜箔之间的黏附力明显大于传统聚酰亚胺,在无胶挠性线路板应用方面显示出较好的应用前景。所获聚合物的Mw为(6.)×104,分解温度均高于 560℃;DSC的结果显示所制备的两种酰亚胺化聚合物均具有较高的玻璃化转变温度,相比之下,化学酰亚胺化更有利于获得高酰亚胺化程度的聚合物,产物的玻璃化转变温度也更高。张斌等[11]以联苯二酐和三种含有醚键结构的二胺—4,4’- 二氨基二苯醚(4,4’-ODA)、3,4’- 二氨基二苯醚(3,4’-ODA)和 1,3- 二(4-氨基苯氧基)苯(1,3,4-APB)为原料,在 N N-二甲基乙酰胺中通过逐步聚合反应,合成了三种含有柔性二胺结构的线性聚酰亚胺并考察了不同的分子结构对聚酰亚胺粘接性能和热性能的影响。通过红外分析,固化后的聚酰亚胺已经完全酰亚胺化;通过热失重分析发现,三种线性聚酰亚胺的热分解温度均在500℃以上,且由4,4’-ODA制得的聚酰亚胺(PI)耐热性能优于其余两种;热机械分析表明,1,3,4-APB的玻璃化转变温度最小。胡顺成等[12]以4,4’- 对苯二甲酰二邻苯二甲酸酐(TDPA)和 1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(BAPB)为单体,采用2步溶液缩聚法制得高相对分子质量的聚酰胺酸(PAA)溶液,经4种亚胺化工艺合成了TDPA/BAPB型聚酰亚胺(PI)树脂。通过 FT-IR、WAXD、DSC、TGA、溶解性能等对PI树脂进行测试和表征。FT-IR表明4种方法均形成了酰亚胺结构,WAXD及DSC分析表明TDPA/BAPB型PI为部分结晶型结构,熔融温度(Tm)为363~370℃,TGA测试揭示乙酸酐/吡啶化学亚胺化PI耐热性能最佳,且较其它3种方法溶解性也更好,可溶于DMSO、NMP、间甲酚等强极性溶剂中。PAA溶液流延成膜性能良好,热亚胺化PI薄膜具有较好的力学性能,拉伸强度为118.3 MPa,弹性模量为2.5GPa。通过在聚酰亚胺分子结构中引入柔性基团、设计分子结构的异构化等方法来制备热塑性聚酰亚胺,使其加工性能得到改善,并可通过挤出、注塑等成型工艺进行加工[13]。TPI胶膜具有运输方便及适合大面积粘接等优点,可进行熔融加工,其熔融流动行为只表现在初次或者有限次数的受热过程,在此之后其熔融流动行为就基本甚至完全丧失。2 热固性聚酰亚胺热固性PI按固化机理又可分为缩聚型和加成型。缩聚型聚酰亚胺具有优良的耐热老化性能和优异的机械、电气性能,首先被应用于航空领域;加成型聚酰亚胺(API)胶黏剂具有熔融流动性好,固化无挥发物以及加工性能好的特点,耐高温API目前已被用于粘接复合材料和先进航空航天领域使用的金属。但两者固化物韧性均较差,材料加工较困难,为了改善PI的缺陷,可在主链中引入柔性基团对其进行增韧改性[14,15]。对于缩聚型PI,通常将柔性基团引入PI主链上降低刚性,引入柔性不同的结构基团形成共聚型PI,如聚酰胺-聚酰亚胺共聚物,硅氧烷-聚酰亚胺共聚物[16,17]。宋育杰等[18]为了提高聚酰亚胺(PI)胶黏剂的耐热性能,将碳硼烷引入PI分子链中,首次合成出一种新型含碳硼烷的PI单体,并采用红外光谱法(FT-IR)对其结构进行了表征。结果表明:含碳硼烷的PI单体在400~500℃升温过程中可交联固化;以此作为PI胶黏剂的基体,可赋予PI胶黏剂极佳的热稳定性能(500~1300℃时热失重变化不大),从而为制备耐高温胶黏剂提供了新的途径和方法。缩聚型聚酰亚胺胶黏剂在使用时,可直接以预聚体聚酰胺酸溶液的形式涂胶,然后加热亚胺化;也可制成聚酰胺酸胶膜结合胶液或直接使用。然而,聚酰胺酸在固化过程中会有水生成,受热挥发后易留下孔隙,给胶接件带来结构缺陷。因此,缩聚型聚酰亚胺胶黏剂不适宜用于大面积的胶接,且在固化过程中需要适当的加压,以除去由于水分和溶剂挥发导致的气泡。加成型聚酰亚胺胶黏剂主要分为三类:双马来酰亚胺(BMI)、纳狄克酰亚胺(NTI)和乙炔基封端的聚酰亚胺胶黏剂。BMI具有优异的耐高温性能、耐湿热性能及耐辐射性能,且其吸水率和生产成本相对较低,是聚酰亚胺材料中用量最大的。然而,未经改性的BMI胶黏剂的熔点很高,韧性和溶解性非常差,限制了其发展和应用。为改善BMI胶黏剂的脆性,可以采用韧性较好的二元胺为原料以降低其交联密度。李彩玲等[19]以二烯丙基双酚A(BA)改性2,6- 二氨蒽醌双马(EBMI)和 4,4-二氨基二苯醚基二苯砜双马(BB-MI)制备了耐高温胶黏剂。该胶黏剂长期使用温度为250℃,短期使用温度为400℃,具有优异的耐温性,但其成本较高难于推广。对于加成型PI的改性,通常是合成不饱和基封端的分子质量较小的PI齐聚物,其活性基团在加成反应时基本上无挥发物析出,可提高粘接强度,且流动温度较低,便于加工,并能在加工时发生端基聚合反应形成高度交联的网络结构,提高树脂的耐热性[20,21]。此类低分子齐聚物种类较多,其中以降冰片烯端基型和乙炔端基型的综合性能较好。许庆明[21]从改变聚酰亚胺树脂主链结构来改善其复合材料韧性的角度出发,向树脂结构中引入异构的二胺和二酐,使用两种封端基,设计合成了一系列新型聚酰亚胺树脂。并研究了树脂的各项性能,探讨了树脂浇铸体及其复合材料的加工工艺,制备了树脂浇铸体及其复合材料。研究结果表明:降冰片烯封端型和乙炔基封端型聚酰亚胺树脂具有较低的熔体黏度和较宽的加工窗口,很适宜作为复合材料的基体树脂进行模压加工;降冰片烯封端型和乙炔基封端型树脂热交联后在空气中的5%热失重温度都在450℃以上,部分树脂在氮气中的5%热失重温度大于500℃,显示了很强的耐热氧化性能,且同结构树脂的5%热失重温度随着树脂相对分子质量的增大而升高。降冰片烯封端型聚酰亚胺树脂浇铸体弯曲强度均大于100MPa,断裂伸长率均大于4%,显示了此类型树脂良好的韧性,且同结构树脂浇铸体的性能随着树脂相对分子质量的增大而增强。降冰片烯封端型聚酰亚胺的玻璃化转变温度大于300℃,且随着树脂相对分子质量的增高玻璃化转变温度逐渐减小,其弯曲强度大于1GPa。加成型PI由于交联密度高而呈现出一定的脆性,为此还可采用热塑性PI与之形成半互穿网络结构(SPIN)进行增韧[23]。王响[24]采用不同比例的二酐单体 3,3’,4,4’- 联苯四酸二酐(s-BPDA),2,2’,3,3’-联苯四酸二酐(i-BPDA)与二胺单体4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)制得了一系列可溶的热塑性共聚聚酰亚胺。并采用TGA、DSC、DMA以及拉伸等测试方法对所得聚酰亚胺进行了表征,研究表明,所得聚酰亚胺具有优异的力学性能和热性能,由于i-BPDA具有非共面非线性的刚性结构,使聚酰亚胺分子链段发生扭曲,可以有效地降低分子链的堆积密度,减小分子链间作用力,破坏分子链的对称性和规整性,因此随着i-BPDA含量的增大,聚酰亚胺的溶解性提高,玻璃化转变温度升高,中间体聚酰胺酸的黏度降低,聚酰亚胺薄膜的拉伸强度、模量以及断裂伸长率也均降低,当i-BPDA含量在40%~80%时,材料仍具有良好的力学性能,且具有优异的溶解性和热性能。其它的类型还有聚酰胺酰亚胺(PAI)胶黏剂,PAI的分子中既含有刚性芳杂环亚胺基团又含有柔性酰胺基团,因而具有良好的热稳定性和溶解性。但PAI分子中的柔性酰胺基和亚甲基易被氧化,因此其耐热性比普通的聚酰亚胺低。胶黏剂的胶接工艺简单,使用方便,只是固化温度高于一般的杂环聚合物[25]。美国Amoco公司开发的两种PAI胶黏剂(AI-10和AI-11)的使用温度可达260℃,对铝合金、不锈钢和钛等金属材料均具有良好的粘接性能,其胶接件在室温下的单搭接拉伸剪切强度大于15MPa。3 展望聚酰亚胺作为一种很有发展前途的高分子材料,在胶黏剂领域的应用正在不断扩大,在功能材料方面正崭露头角,其潜力仍在发掘中。今后,聚酰亚胺树脂研究的主要方向集中在以下方面:(1)开发出新型的单体;(2)在单体合成及聚合方法上寻求降低成本的途径;(3)选择合适的固化剂及溶剂体系来改善其胶接性能及工艺条件。参考文献:[1]周宏福,刘润山.耐高温有机胶黏剂的现状与发展[J].粘接,2009,30(6):67~70.[2]TAKEDA S,MASUKO T,TAKANO N,et al.Die attach adhesives and films[J].Materials for advanced Chem,2017(2):469~510.[3]MARQUES E A S,DA SILVA L F M,BANEA M D,et joints for low-and high-temperature use:an overview[J].The Journal of Adhesion,2015,91(7):556~585.[4] PIZZI A,MITTAL K of adhesive technology[M].[sl.]:CRC press,2017.[5]SANCAKTAR of adhesive and sealant materials[J].Handbook of Adhesion Technology,2018(6):283~317.[6]周宏福,刘润山.聚酰亚胺的合成与改性研究[J].合成技术及应用,2009,24(1):35~39.[7]LV M,WANG Y,WANG Q,et changes and tribological performance of thermosetting polyimide induced by proton and electron irradiation [J].Radiation Physics and Chemistry,2015,107:171~177.[8]王凯歌,曹新鑫,吴梦林,等.聚酰亚胺增韧改性研究进展[J].中国塑料,2018,32(9):9~16.[10]张艺,郑雪菲,牛新星,等.含硫醚结构均苯型聚酰亚胺的合成及表征[J].高分子学报,2010(11):1288~1293.[11]张斌,朱兴明,孙明明.联苯酐型聚酰亚胺胶黏剂的合成与性能[J].高分子材料科学与工程,2010,26(01):5~8.[12]胡顺成,陈志强,洪慧铭,等.新型热塑性的双酮酐型聚酰亚胺的合成与性能研究[J].江西师范大学学报:自然科学版,2016,40(4):415~419,441.[13]KADIYALA A K,SHARMA M,BIJWE of thermoplastic polyimide as high temperature adhesive and understanding the interfacial chemistry using XPS,ToF-SIMS and Raman spectroscopy[J].Materials&Design,2016,109:622~633.[14]LI B,WU Z,LIN ,thermal stability,electrochemical behaviors,and mechanical properties of organo soluble polyimide with pyrimidine ring in the main chain [J].Journal of Applied Polymer Science,2016,133(28):36~39.[15]IREDALE R J,WARD C,HAMERTON I.Modern advances in bismaleimide resin technology:a 21st century perspective on the chemistry of addition polyimides[J].Progress in Polymer Science,2017,69:19~21.[16]BABKIN A V,ERDNI-GORYAEV E M,SOLOPCHENKO A V,et and thermal properties of modified bismaleimide matrices toughened by polyetherimides and polyimide[J].Polymers for Advanced Technologies,2016,27 (6):774~780.[17] YE Y,YUAN L,LIANG G,et toughening and strengthening cyanate ester resin with better dielectric properties by building nanostructures in its crosslinked network using polyimide-block-polysiloxane rod-coil block copolymers[J].RSC Advances,2016,6(55):~.[18]宋育杰,陈功.新型耐高温PI胶黏剂用单体的合成及表征[J].中国胶黏剂,2013,22(2):13~17.[19]李彩玲,张伟君,张绪刚,等.二烯丙基双酚A改性双马来酰亚胺高温胶黏剂[J].化学与黏合,2000(2):69~70.[20]DEETS G L,XIONG cure polyimide oligomers:U.S.B2[P],2018-11-13.[21]WANG K,YUAN X,ZHAN between microwave and thermal curing of a polyimide adhesive end-caped with phenylethynyl groups[J].International Journal of Adhesion and Adhesives,2017,74:28~34.[22]许庆明.高韧性聚酰亚胺复合材料的研究[D].长春:长春理工大学,2012.[23]LI D,YANG Y,YANG C,et and characterization of a novel high-temperature structural adhesive based on MDA-BAPP-BTDA co-polyimide[J].Journal of Macromolecular Science,Part A,2015,52(7):540~547.[24]王响.异构型联苯四酸二酐(i-BPDA/s-BPDA)合成热塑性以及热固性共聚聚酰亚胺及其性能研究[D].长春:吉林大学,2011.[25]杨彩娟.耐高温聚酰亚胺结构胶的合成及性能研究[D].长沙:中南大学,2013.
文章来源:《热固性树脂》 网址: http://www.rgxsz.cn/qikandaodu/2020/1008/341.html
上一篇:浅述不饱和聚酯成型技术
下一篇:新的“长”碳纳米管在热塑性塑料、LSR中显露头