1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1聚酰亚胺概述

聚酰亚胺，英文名polyimide，缩写pi，可分为均苯型pi，可溶性pi，聚酰胺-酰亚胺（pai）和聚醚亚胺（pei）四类。聚酰亚胺外观为淡黄色粉末，由含二酐和二胺的化合物逐步反应聚合而成的分子主链上含有亚胺环的一类聚合物，聚酰亚胺分子有结构十分稳定的芳杂环，使其具有其他高分子材料无法比拟的优异性能。[1]具体表现如下：

（1）聚酰亚胺的热稳定性高。常见的聚酰亚胺均能在高温下保持其性能的稳定，可以在300ordm;c条件下长期正常工作，还能在500ordm;c条件下短时间稳定。如果将聚酰亚胺复合材料进行修饰，其耐热性能会更加优异。

（2）聚酰亚胺的机械性能好。未经过填充的聚酰亚胺塑料，其抗张强度都在100mpa以上。其中，均苯型聚酰亚胺薄膜为170mpa以上，而联苯型则可以达到400mpa。作为工程塑料，其弹性膜量通常为3-4gpa，纤维则可达到200gpa。

2. 研究的基本内容与方案

2.1聚酰亚胺合成方法

（1）由二酐和二胺反应形成聚酰亚胺

这是合成聚酰亚胺最普遍使用的方法，通常可以分为三种途径：一步法合成聚酰亚胺；两步法合成聚酰亚胺；气相沉积合成聚酰亚胺。

a.一步法合成聚酰亚胺[11]

即将二酐和二胺两种单体在高沸点溶剂中加热至150~250 ordm;C而获得聚酰亚胺,所用的溶剂通常是酚类,如甲酚、对氯苯酚等,也可使用多卤代苯,如邻二氯苯和1,2,4-三氯代苯等。酚类溶剂的优点是可以溶解多种所获得的聚酰亚胺,因此可以得到高分子量。其他溶剂往往会使聚合物在分子量增长到一定程度后就从溶液中沉淀出来。代表产品是联苯二酐型聚酰亚胺。一步法在复合材料反应加工过程中应用广泛。

b.二步法合成聚酰亚胺

指在聚合过程中,经过两步聚合反应形成酰亚胺环。聚酰胺酸可以由二酐和二胺在非质子极性溶剂,如N,N-二甲基酰甲胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）中于低温-10 ordm;C ~20 ordm;C下反应得到,然后通过酰亚胺化反应使聚合物的性质从聚酰胺酸到聚酰亚胺发生了根本性的变化酰亚胺化可通过加热或化学的方法实现。热酰亚胺化是加热聚酰胺酸溶液或固态聚酰胺酸,使酰胺和处于邻位的羧基在300ordm;C左右发生脱水环化反应,形成具有酰亚胺结构的聚合物。化学环化是聚酰胺酸在脱水剂的作用下发生酰亚胺化的过程。最常用的脱水剂为酸酐如醋酸酐、三氟醋酸酐,并以叔胺（如三乙胺、

吡啶）为催化剂。化学环化的优点是可以在室温下反应化学酰亚胺化容易生成聚异酰亚胺,但在加热脱溶剂时会转化为聚酰亚胺。[12-13]

c.气相淀积合成聚酰亚胺

第三种途径是是将二酐和二胺的蒸汽在高温下分别单独送入混炼室,然后混合成薄膜,这就是由单体直接合成聚酰亚胺涂层的方法。

拟采用玻璃纤维（含硅烷偶联剂）或多孔碳酸钙微球制成模板

玻璃纤维模板合成方法

将玻璃纤维放入乙醇中快速搅拌形成悬浊液并迅速倒入表面皿中，静置沉淀烘干乙醇既得玻璃纤维模板。

多孔碳酸钙微球模板合成方法

将碳酸钠和硝酸钙分别配成0.05mol/L的溶液。取100mL硝酸钙置于200mL烧杯中，加入0.1g聚苯乙烯磺酸钠（PSS），溶解后稳定20分钟。在功率为900W的声波细胞粉碎机超声条件下迅速加入等体积的碳酸钠溶液，并继续超声10秒。然后在室温下静置4小时，抽滤洗涤即制得多孔碳酸钙微球（该比例下直径2微米）。将所制碳酸钙微球均匀分散在水中，取适量悬浊液均匀铺展在玻璃基底上，烘干后得到多孔碳酸钙微球薄层。[11]

2.3试验用药品

2.4具体方案及措施

（1）制备聚酰胺酸

4,4-二氨基二苯醚（ODA）加入三口烧瓶中，用部分N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）溶解，搅拌，上接回流装置，通氮气保护。等摩尔量的均苯二甲酸酐（PMDA）分6-8次加入三口烧瓶中。再用计量内的DMAc将壁上的二酐冲洗下去。室温下反应15h。得到聚酰胺酸溶液。

（2）制备无机盐模板

将玻璃纤维或者制备好的碳酸钙微球均匀分散在水中，将悬浊液倒在表面皿上。等待静置沉淀再烘干得到无机盐模板。

（3）热亚胺化

将制备好的聚酰胺酸倒在无机盐模板上。置于真空干燥箱抽真空排干净气泡。放入马弗炉中准备热亚胺化。升温梯度设置为100ordm;C、200ordm;C、300ordm;C各一小时。待其自动冷却即得到聚酰亚胺薄膜。

（4）除去无机盐模板

用水浸泡聚酰亚胺薄膜将其泡起，玻璃纤维用氢氟酸除去，碳酸钙用盐酸除去。

2.5测试与表征

（1）红外检测：聚酰亚胺薄膜直接进行样品测量。

（2）热收缩测试：隔膜的热稳定性及耐温性一般通过热收缩效应来衡量，将实验得聚酰亚胺薄膜与聚烯烃隔膜裁成长宽分别相等的矩形，然后两种隔膜同时在120℃，160℃，200℃温度下分别保持30min，测量相同温度相同时间条件下隔膜收缩率的大小。

（3）接触角测试：隔膜的润湿性和亲液性一般通过接触角来衡量，本实验将利用静滴接触角测量仪测定PI膜接触角，并与聚烯烃隔膜进行比较。

（4）扫描电镜测试：隔膜的形貌、孔结构一般通过扫描电镜测试表征，本实验拟测试实验得聚酰亚胺薄膜SEM图像，获取PI膜形貌信息，为电池性能测试提供依据。

（5）LSV测试：多孔PI膜的电化学稳定性可以通过LSV曲线来说明，本实验拟采用电化学工作站测试电池LSV曲线，比较PI膜与聚烯烃膜的极化电位。

（6）循环性能测试：循环性能决定了锂离子电池的使用寿命，本实验拟采用蓝电电池测试系统测试电池的循环充放电曲线。

（7）交流阻抗测试：电池的内阻可以通过阻抗图进行计算，本实验拟采用电化学工作站测试电池的阻抗，并与聚烯烃膜作对比。

3. 研究计划与安排

（1）第1-2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需条件。确定方案，完成开题报告。

（2）第3-14周：按研究方案开展实验，并结合实际情况进行优化和改进；

（3）第15周：整理实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]程井动. 聚酰亚胺/二氧化硅杂化薄膜的制备与性能研究[d].东华大学,2008.

[2]汪家铭.聚酰亚胺产业现状与市场前景[j].乙醛醋酸化工,2013(11):28-31.