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摘 要

本实验目的是研究二氧化（SiO₂）硅纳米粒子/聚酰亚胺（PI）基体复合材料的力学及热性能等，通过溶胶-凝胶法将二氧化硅粒子引入聚酰亚胺基体中，制备出分散性较好的的聚酰亚胺/二氧化硅复合材料。考察了SiO₂的添加量、交联剂种类两个工艺条件对聚酰亚胺基材料力学及热性能的影响。采用了红外光谱（IR）、热重分析仪（TGA）、电子扫描显微镜镜（SEM）等手段对制备的聚酰亚胺复合材料的耐热稳定性、结构与形貌和性能等进行表征。

结果表明，通过溶胶-凝胶法制备的PI/SiO₂复合膜，随着SiO₂含量的提高，力学性能增强，SiO₂的含量由0%提高至20%时，复合膜的弹性模量是3051MPa，拉伸强度达到136.3MPa，复合材料的导热系数先降低后增加，SiO₂含量为10%时，有最低导热系数0.163 W/（m·k）；交联剂KH550改性的复合材料比KH560、KH570和不交联的改性效果要好，导热系数有很明显的下降，且力学性能较好。当SiO_2的含量达到30%时，交联剂KH550改性的聚酰亚胺/SiO₂复合膜的弹性模量高达3402MPa，拉伸强度也达到了113MPa,导热系数为0.176 W/（m·k）。

关键词：聚酰亚胺 二氧化硅 溶胶凝胶法 力学性能 导热性能

Abstract

Polyimide (PI) is a kind of special engineering plastics with excellent thermal stability, high insulation, mechanical properties, high temperature resistance, radiation resistance, low dielectric constant and high resistivity. This paper aims to improve the homogeneity and dispersion of SiO₂ nanoparticles in polyimide matrix, so as to improve the mechanical and friction properties of polyimide matrix.

In this experiment, SiO₂ particles were introduced into polyimide matrix by sol-gel method, and PI/SiO₂ composites with uniform dispersion were prepared.The effects of the addition amount of silicon, the type of coupling agent and the proportion of coupling agent on the mechanical and frictional properties of PI matrix were investigated. When SiO₂ content was 20%, the tensile strength reached 136.3MPa and the elastic modulus was 3051MPa.The crosslinking agent KH550 modified composite material has better modification effect than KH560, KH570 and non-crosslinking composite material, with better mechanical properties and significantly reduced thermal conductivity. The SiO₂ content is 30%. The tensile strength of the composite material modified by crosslinking agent KH550 reaches 113MPa, the elastic modulus is up to 3402MPa, and the thermal conductivity is 0.176w/(m• k).

Keywords: Polyimide,Silica,Sol-gel method,Mechanical propertie,The friction performance

目录

摘要 i

ABSTRACT ii

第一章 文献综述 1

1.1复合材料简介 1

1.1.1复合材料 1

1.1.2复合材料的制备方法与性能 1

1. 制备方法 1

2. 复合材料的性能 1

1.2 聚酰亚胺 2

1.2.1聚酰亚胺简介 2

1.2.2聚酰亚胺的性能 2

1.2.3聚酰亚胺的类型 3

1、纤维型聚酰亚胺 3

2、气凝胶 3

3、聚酰亚胺膜 3

1.2.4聚酰亚胺的作用 3

1.3 二氧化硅 3

1.3.1 二氧化硅的性能与作用 3

1、气凝胶型 3

2、粉状型 3

3、沉淀型 4

4、纤维型 4

1.3.2 二氧化硅的制备方法 4

1、二氧化硅的来源 4

2、制备方法 4

1.4聚酰亚胺/无机纳米复合材料 5

1.4.1聚酰亚胺/无机纳米复合材料的制备方法 5

1.4.2聚酰亚胺复合材料的作用 5

1.4.3聚酰亚胺/SiO2复合材料研究与应用 6

1.5 本文的研究目的及意义 7

第二章 聚酰亚胺/SiO2复合材料的制备 8

2.1 实验仪器与药品 8

2.2 表征手段 9

2.3聚酰亚胺/SiO2复合材料的制备 9

2.3.1 溶胶-凝胶法制备的聚酰亚胺/SiO2复合膜 9

2.3.2 工艺条件 10

第三章 聚酰亚胺/SiO2复合材料的表征与性能 12

3.1 红外光谱分析 12

3.2 热分析 14

3.3 扫描电镜（SEM）图 16

3.4 力学性能测试 18

3.5 导热性能测试 19

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 文献综述

1.1复合材料简介

1.1.1复合材料

复合材料是由两种或两种以上的组分而构成的一种新型材料，通常它都有一定的分布和比例，可以按照需求设计。^[1]复合材料可以保留原性能，在此基础上，它还具备某种综合性的性能。

1.1.2复合材料的制备方法与性能

1. 制备方法

溶胶-凝胶法^[2]

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