摘 要

本文以液相超声法制得的BNNSs为填充物，采用直接分散法将其添加到聚酰亚胺预聚物聚酰亚胺酸中，然后涂膜并在不同温度下进行热亚酰胺化，制备BN/PI复合薄膜材料。对BNNSs进行了XRD，TEM，AFM测试，研究液相超声法对片状氮化硼剥离效果，也探讨了BN与PI相容性，以及不同添加量的BN对PI膜介电性能、介电损耗、击穿强度，热稳定的影响。通过测试结果均表明，液相超声法能将氮化硼剥离成层数较少的纳米片，且氮化硼能均匀的分散与聚酰亚胺基体中，能使聚酰亚胺复合材料的介电常数提高到3.95，介电损耗降低，耐击穿强度最高可达到424 mv/m。BN/PI复合薄膜材料经热分析测试，热分解温度增大，热稳定性增强。

关键字：氮化硼纳米片；聚酰亚胺；液相超声法；复合材料

Abstruct

In this paper, BNNSs filler piece were made up by Liquid Ultrasonic method, added to the polyimide prepolymer polyimide acid by Direct Dispersion method, and then the coating and thermal imidization at different temperatures to prepare BN / PI composite film material. BNNSs were XRD, TEM, AFM test, studied stripping effect of Liquid Ultrasonic method, also discussed the different amounts of boron nitride and PI compatibility, and the PI film dielectric electrical properties, dielectric loss, breakdown strength. Through the test results show that Liquid Ultrasonic method can release BN a low-rise nanosheets , and BNNSs can be uniformly dispersed in the polyimide substrate, and the dielectric constant of polyimide increased to 3.95 ,dielectric loss reduced, the maximum penetration resistance strength can reach 424 mv / m. while the thermal stability is also enhanced. According to thermal analysis and testing, thermal decomposition temperature of the BN / PI composite film increased and thermal stability enhanced.

Key Words: BNNSs;polyimide; liquid ultrasonic method; composite materials

目 录

摘 要 I

ABSTRUCT II

第一章 绪论 1

1.1 聚酰亚胺 1

1.1.1 聚酰亚胺的性能 1

1.1.2 聚酰亚胺的应用 2

1.1.3聚酰亚胺的制备 2

1.2 氮化硼 5

1.2.1 六方氮化硼的性能 5

1.2.2 六方氮化硼的应用 5

1.2.3 氮化硼纳米片的制备 5

1.3 BN/PI复合材料的制备 6

1.4 研究现状 7

1.5 目的及意义 7

第二章 实验与测试 9

2.1 主要实验试剂 9

2.2 主要实验仪器 9

2.3 实验过程 10

2.3.1 制备固含量20wt%的聚酰亚胺酸 10

2.3.2 氮化硼纳米片的制备 10

2.3.3 聚酰亚胺薄膜纯样的制备 10

2.3.4氮化硼/聚酰亚胺复合材料的制备 11

2.4 分析与测试方法 11

2.4.1 X射线衍射测试 11

2.4.2 透射电子显微镜测试 11

2.4.3 扫描电子显微镜观察 12

2.4.4 原子力显微镜观察 12

2.4.5 傅立叶红外光谱测试 12

2.4.6 介电性能测试 12

2.4.7 电击穿强度测试 12

2.4.8 热稳定性测试 13

第三章 结果与分析 14

3.1 X射线衍射分析 14

3.2 透射电子显微镜分析 15

3.3 扫描电子显微镜分析 15

3.4 原子力显微镜分析 18

3.5 BN/PI复合材料的傅立叶红外光谱分析 18

3.6 BN/PI复合材料的介电性能分析 19

3.7 BN/PI复合材料的电击穿强度分析 20

3.8 BN/PI复合材料的热稳定性分析 21

第四章 结论 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1 聚酰亚胺

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类有机聚合物^[1]，并且具有高度规整，且刚性较强的主链结构，种类繁多，根据含有的链结构类型划分，主要分为脂肪族聚酰亚胺以及芳香族聚酰亚胺。但是由于脂肪族聚酰亚胺在实用性能方面较芳香族差，因此，平时所提及的聚酰亚胺则主要指芳香族聚酰亚胺。

1.1.1 聚酰亚胺的性能

聚酰亚胺在各个领域的应用得益于其各方面优异的性能。

（1）优良的耐热性：聚酰亚胺大分子链中含有大量的刚性结构，耐热性极好，能在269~350℃环境下长期工作^[2]。尤其是全芳族聚酰亚胺，经过热重分析实验观察，其在500℃左右才开始分解。

（2）耐极地温度：有数据表明，聚酰亚胺能在-269℃的液氮下能维持较好的机械性能而不发生脆裂现象。

（3）优异的机械性能：未参杂的聚酰亚胺塑料的抗张强度基本都维持在100Mpa以上，Kapton薄膜在200℃下的抗张强度仍可达到120Mpa,日本研制的Ultem型号2300薄膜的抗张模量为9180Mpa^[3]。经过理论计算，均苯二酐和对苯二胺的化合物所达到的抗张强度仅次于碳纤维。并且，聚酰亚胺的总体耐磨性，减磨性良好。

（4）优良的电性能：虽然聚酰亚胺大分子链中有大量的极性基团，又由于分子链中羰基与五元环相连，醚键又可与相邻基团形成共轭体系，如此，分子的极性则受到了限制，即其电绝缘性仍然良好。聚酰亚胺含有的刚性结构而具有的高的玻璃化温度，使在较宽的温度范围下的偶损耗度比较小。聚酰亚胺的介电常数通常在3.4左右浮动，加入氟，其介电常数可降低至2.5^[4]。

（5）耐化学药品性：由于聚酰亚胺含有的C-H键受到分子链中的五元环保护，键能有所提高，导致聚酰亚胺对烯酸稳定，耐油性，耐有机溶剂性都比较好。但是在浓酸及卤素环境下，则易变质。一般的聚酰亚胺的耐水解性也较差。