2O3掺杂薄膜热老化寿命计算方法研究'> 聚酰亚胺/ Al2O3掺杂薄膜热老化寿命计算方法研究

摘要：利用热失重仪（TG）测定了Al2O3掺杂聚酰亚胺的热稳定性，采用Kissinger法和CoatsRedfern法计算动力学参数，预测杂化薄膜长期使用的上限温度.实验结果表明：在空气气氛中的反应级数大于氮气气氛中的反应级数，且趋于二级反应.利用Kissinger法求出的E值低于CoatsRedfern法求出的E值，选取CoatsRedfern法求取相应的碰撞系数(A)值后，预测杂化PI膜长期使用的上限温度在300 ℃左右，与文献报道基本相符.结果表明CoatsRedfern方法是预测杂化PI材料长期使用上限温度的可靠方法之一.

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关键词：聚酰亚胺；氧化铝；热老化寿命；热降解动力学

中图分类号： O63122 文献标识码：A

随着聚酰亚胺（PI）材料在电子设备、航空航天、化工等方面的广泛应用，越来越多的学者开始对其性能展开深入的探究，由于无机Al2O3纳米粒子的高导热、高强度等性能可以弥补有机材料性能上的不足，近年来广大学者不断地尝试利用无机Al2O3纳米粒子掺杂技术，通过有机相与无机相的键合作用来提高聚酰亚胺的力学、电学、热学等性能.纳米粒子实现性能提高的关键在于纳米粒子在聚酰亚胺基体中良好的分散性.

目前，国内外关于聚合物热降解动力学的研究方法很多， 但是总体来说还是根据G X. Guar等人 \[1\]提出的动力学三因子比较求解法来进行计算，首先用半衰期法求出反应级数n，再利用Kissinger法\[2\]和CoatsRedfern法\[3\]求出活化能E和碰撞因子A，然后将热分析法获得的实验数据带入到积分方程中进行计算.

本文通过对无机纳米粒子杂化的聚酰亚胺薄膜材料进行热重分析，利用热降解理论、动力学补偿效应等\[4\]，对聚酰亚胺薄膜热老化寿命进行估算，并对CoatsRedfern法和Kissinger法计算结果进行对比，在二者中选取适当的计算方法估算热老化寿命.

由表4可以看出，随着氧化铝的加入，PI杂化薄膜在热降解过程中随着温度的升高，部分温度被氧化铝吸收并传到试样皿和周围环境中，阻止了由于温度过高而产生的聚酰亚胺自身分解现象这说明当有机相与无机相之间达到完善的结合时，高分子复合材料的耐热性也会随之大幅度提高.但从图表中可以发现，热老化寿命温度并非随着氧化铝的增加而提高，而是出现温度降低的现象这是因为伴随着氧化铝含量的增加，出现了纳米粒子间的团聚现象，使得纳米粒子在基体中的分散性降低，导致PI杂化薄膜的整体性能不一致，出现局部先发生热降解及燃烧，而影响到整体的性能.

由表4还可以看出，氮气气氛中和空气气氛中热老化寿命呈现出不规律的交错现象这是因为高分子聚合物大多数降解属于热氧化降解（即解聚、无规断裂、基团脱除等），而空气中的氧气分子会夺取芳环上的氢分子形成水，产生的游离基可以与另一个氧分子的攻击结合形成过氧化游离基，两个苯游离基复合形成稳定的联苯型交联分子结构，热氧化交联现象的出现再次提高了聚酰亚胺的热稳定性.而在氮气气氛下，高分子聚合物则只是单纯的解聚和无规断裂两种降解反应.

3 结 论

众所周知，纯PI膜的耐热等级为H级，即长期使用温度为180 ℃根据表4的预测值，PI/ Al2O3杂化薄膜的长期使用上限温度在300 ℃左右，可以看出掺杂Al2O3提高了PI膜的上限温度相关文献报到，Kapton 100 CR长期使用温度为400 ℃，与本文预测值基本相符，这表明CoatsRedfern方法是预测材料长期使用上限温度的可靠方法之一.本研究为新材料在长期使用过程中热老化研究方面奠定了基础.

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