● 摘要
影响聚酰亚胺粘接性能的因素很多，主要包括单体分子结构，聚酰亚胺的分子量及其分布，合成路线和亚胺化历史等。此外，粘接体系中的其它因素，如被粘物的表明处理，粘接层的几何形状以及测试方法都会影响测得的粘接强度。在本研究中，通过系统地改变不同的参数，如单体结构和反应活性，分子量和分子量分布，聚酰亚胺形态（薄膜、粉末、溶液等），酰亚胺化程度，粘接方法，粘接层的几何形状以及测试方法，探讨了纳米粒子填充热塑性聚酰亚胺的粘接性能。本论文分为五章。第一章：对聚酰亚胺，特别是热塑性聚酰亚胺胶粘剂的应用进行了概述，主要包括通过典型的两步法合成聚酰亚胺薄膜和粉末的研究进展，热和化学亚胺化时的化学反应机理以及各种因素，如反应条件、单体结构和活性，对聚酰亚胺性能影响的研究进展。详细论述了多壁碳纳米管（MWNT）和氮化铝（AlN）增强聚酰亚胺基纳米复合材料的研究情况。另外，还论述了粘接件的破坏机制对粘接层破坏形态的影响。最后，提出了本论文的研究目的、研究内容、预期目标和研究方案。第二章：热塑性聚酰亚胺在完全亚胺化后作为胶粘剂使用，通常表现出类固体的粘弹性行为，因此，为了使被粘物表面得到良好的浸润，需要施加很高的压力。本章研究了部分亚胺化的热塑性聚酰亚胺薄膜低压粘接得到的粘接件的粘接性能。利用同一种二胺（3,4’ -ODA）分别与不同的二酐单体（ODPA和BPDA），通过两步法合成了两种热塑性聚酰亚胺，并以PA为封端剂，对分子量进行了控制。利用不同的热亚胺化温度制备了一系列聚酰亚胺薄膜，并利用FTIR图谱对其亚胺化程度进行了表征。利用DMTA对比了聚酰亚胺薄膜的热性能，并设计出最终的固化工艺。以不锈钢为被粘物，以不同形态的聚酰亚胺为胶粘剂，以层间剪切强度（LSS）对比研究了单剪粘接试样的粘接强度。利用SEM和光学显微镜分析了破坏表面。利用高温层间剪切强度评价了粘接件的耐热性能。利用溶剂浸泡后的层间剪切强度评价了粘接件的抗溶剂性能。研究了热塑性聚酰亚胺薄膜的亚胺化程度对其力学性能、粘弹性行为以及粘接强度的影响。结果表明，与直接使用聚酰胺酸或粉末相比，由部分亚胺化的薄膜制备的粘接件表现出更高的粘接强度。与无定形聚酰亚胺相比，半结晶性聚酰亚胺表现出更高的LSS，更好的耐热性和耐溶剂性。第三章：本章研究了多壁碳纳米管（MWNT）填充热塑性聚酰亚胺的粘接性能。利用机械搅拌和超声分散将低质量百分比的MWNT与聚酰胺酸混合。分别利用DMTA和拉伸测试对MWNT填充的复合材料薄膜的粘弹性行为和力学性能进行了表征。分别利用单剪粘接测试和楔入测试方法对粘接试样的粘接强度和粘接能进行了表征。利用扫描电镜对粘接破坏表面进行了表征。结果表明，粘接件的粘接强度随MWNT含量的增加先升高后降低。SEM分析表明，高纳米粒子含量的MWNT-PI呈脱粘破坏模式，其对粘接面的浸润效果较差。第四章：本章研究了氮化铝（AlN）纳米粉末填充热塑性聚酰亚胺的粘接性能。利用与第三章类似的方法制备了低质量百分比的AlN纳米粉末填充聚酰亚胺。利用与第三章类似的方法研究了复合材料薄膜的粘弹性行为、热塑性响应、力学性能、粘接强度和粘接能。由于AlN-PI复合材料的增强界面强于MWNT-PI复合材料，因此这两种复合材料表现出不同的粘弹性行为、热塑性和力学性能。AlN-PI复合材料刚性较大，玻璃化转变温度时的熔体流动性较差，从而导致其粘接性能比MWNT-PI复合材料差。第五章：结论。研究表明，纳米粒子-聚酰亚胺复合材料薄膜的粘接性能优于纯聚酰亚胺薄膜。但随着纳米粒子含量的增加，复合材料胶粘剂的粘弹性行为从类液型转变为类固型。这导致复合材料胶粘剂熔体流动行为的劣化，从而导致粘接强度的降低。粘接件的破坏模式也变为脱粘模式，表明基体对被粘物的浸润性能下降。