【摘要】：本文以Novastrat型透明聚酰亞胺(PI)薄膜在空間薄膜相機(jī)上的應(yīng)用為背景,利用空間帶電粒子輻照模擬設(shè)備,進(jìn)行了120keV質(zhì)子和100keV電子輻照試驗(yàn),總結(jié)了輻照條件下PI膜的光學(xué)及力學(xué)性能變化規(guī)律,采用FTIR和XPS手段分析了PI膜分子內(nèi)部分基團(tuán)的變化,并結(jié)合拉曼光譜、SEM、EPR及XRD等方法,揭示了PI膜的輻照損傷微觀機(jī)理。輻照試驗(yàn)表明,在質(zhì)子輻照下,PI膜在可見光波段的光譜透過率隨輻照注量的增加而降低,當(dāng)注量達(dá)到4E15cm~(-2)時(shí),500nm附近的透過率下降24%,平均透過率下降9.387%;通過SEM觀察發(fā)現(xiàn),質(zhì)子輻照后PI膜表面不再平整,出現(xiàn)較多的褶皺,宏觀缺陷增加;同時(shí),PI膜的力學(xué)性能明顯退化,拉伸強(qiáng)度由278MPa下降至115MPa,斷裂延伸率由11%下降至4.0%。電子輻照對(duì)PI膜光學(xué)性能和力學(xué)性能的影響明顯弱于質(zhì)子輻照,當(dāng)束流密度為1E12cm~(-2)/s時(shí),光譜透過率隨注量增加單調(diào)下降。通過SEM對(duì)PI膜拉伸斷口分析發(fā)現(xiàn),質(zhì)子輻照PI膜表面形成了明顯的分層現(xiàn)象,質(zhì)子影響區(qū)域與基體間存在大量微裂紋,而且該區(qū)域與基體斷裂是不同步的。利用DSC、FTIR、XPS及拉曼光譜綜合分析表明,在質(zhì)子射程范圍內(nèi),質(zhì)子輻照破壞了PI分子結(jié)構(gòu)中的羰基、醚鍵、C-F鍵和酰亞胺環(huán),繼而生成O=C=O基團(tuán)等眾多不飽和基團(tuán),使表層發(fā)生碳化。XRD分析顯示,碳化層中存在似于C_(13)N_(14)H_8晶體的結(jié)構(gòu),這種分層結(jié)構(gòu)抗層間撕裂能力較弱,導(dǎo)致力學(xué)性能大幅下降;由于電子射程遠(yuǎn)大于膜厚,輻照后不會(huì)形成分層結(jié)構(gòu)。SEM拉伸斷口觀察發(fā)現(xiàn),鏡面區(qū)、霧狀區(qū)和粗糙區(qū)面積變小,排布密度增加。綜合分析表明,電子輻照造成分子鏈醚鍵和羰基斷裂,在PI膜內(nèi)生成大量熱解碳自由基,然后通過自由基反應(yīng)使分子鏈發(fā)生降解,同時(shí)生成O=C=O基團(tuán)。
【圖文】：

圖 1-1 CPI 薄膜在柔性印刷電路板(FRCB)上的應(yīng)用[6]1.2.2 耐電暈聚酰亞胺薄膜電暈放電是破壞電子元器件的重要原因之一，由杜邦公司生產(chǎn)的 KaptonCR 系列薄膜是最早推向市場的耐電暈 PI 薄膜，目前，杜邦公司公開了一種耐電暈 PI 薄膜的制備專利：首先使用納米級(jí)的氣相氧化鋁與溶劑混合均勻，再與制備好的聚酰胺酸溶液共混，通過高溫亞胺化得到耐電暈 PI 薄膜，這種薄膜繞制的線圈具有優(yōu)異的耐電暈性能，耐電暈壽命是傳統(tǒng) PI 膜的 10 倍以上[7]。鐘淵化學(xué)公司的栗林榮一郎等公開了一種耐電暈性能優(yōu)異的 PI 制造專利，其表面層疊導(dǎo)熱系數(shù)均在 2W/(m k）以上，層疊結(jié)構(gòu)的電阻小于 1013Ω，體積電阻率大于 1012Ω/m3，這種 PI不僅耐電暈，而且導(dǎo)熱性能高，降低材料熱老化速率，甚至其表面電阻和體積電阻率能根據(jù)工藝的不同調(diào)整到特定值，可以保證薄膜的絕緣性能，其具體方法是在膜上加鍍層，，如在 25 μm 的 Apical AH 薄膜上真空蒸鍍上一層 1000 的二氧化硅，室溫狀態(tài)下施加 60Hz、1.6 kV 電壓，與普通未加鍍層的薄膜相比，耐電暈時(shí)間由40 min 提高至 150 min[8]。馮宇等將 TiO顆粒摻入到 PI 膜中制成耐電暈 PI 薄膜，

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文聚苯胺，該聚合物結(jié)構(gòu)圖 1-2，該聚合物的導(dǎo)電率與接枝聚苯胺的鏈長有關(guān)，2.96～16.20 S/cm 之間[10]。Pengxia Lv 等將聚酰亞胺纖維摻入聚苯胺中制得導(dǎo)電合材料，電導(dǎo)率沿纖維軸方向明顯[11]。除了與導(dǎo)電聚合物材料復(fù)合之外，還有人試與無機(jī)導(dǎo)電材料復(fù)合制成導(dǎo)電薄膜，例如 John M. Kinyanjui 等采用將炭黑與酰亞胺溶液混合的方法制備導(dǎo)電聚酰亞胺薄膜，他們也另外在聚酰亞胺薄膜表沉積鉑薄膜制成復(fù)合導(dǎo)電薄膜，這兩類材料的熱穩(wěn)定較好[12]。楊瑩采用原位聚法，將導(dǎo)電片狀鎳粉（CFNP）作為填料摻雜入聚酰亞胺中，并對(duì)其改性值得鏈鎳粉-PI 復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了工藝研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鏈狀鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 17時(shí)，復(fù)合薄膜性能最佳[13]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O633.22;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2590204