哈尔滨理工大学学士学位论文 4.3.3 共混法制备聚酰亚胺/TiO2复合材料的测试与表征
4.3.3.1 傅立叶红外光谱
图4-13为共混法制备的聚酰胺酸/TiO2复合膜的红外光谱，图4-14为聚酰亚胺/TiO2复合膜的红外光谱。
图4-13为共混法制备的PAA/TiO2复合膜的红外图谱，3300~2500cm-1处的宽峰为羧基中的-OH的吸收峰；1777cm-1是C=O的不对称伸缩振动；1724cm-1是酰胺中的C=O的吸收峰；1605cm-1、1503cm-1、1406cm-1处的几个峰为苯环的骨架震动峰；1242cm-1为芳香族的C-O-C不对称伸缩振动，这些峰证明聚酰胺酸的存在。此外，500~850cm-1处强而宽的吸收峰为TiO2的特征峰，表明了TiO2的存在。
图4-13 共混法制备PAA/TiO2复合膜的红外光谱图
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哈尔滨理工大学学士学位论文 图4-14 共混法制备PI/TiO2复合膜的红外光谱
图4-14为共混法制备的PI/TiO2复合膜的特征吸收峰。3075cm-1为苯环的C-H伸缩振动；1777cm-1是C=O的不对称伸缩振动；1735cm-1是亚胺中的C=O的吸收峰；1375 cm-1是酰胺的C—N吸收峰；1251cm-1为芳香族的C-O-C不对称伸缩振动。此外还存在一些较强的特征峰3489cm-1为羟基吸收峰，这是无机网络上未完全反应的Ti-OH的红外吸收峰。500~850cm-1处强而宽的吸收峰是TiO2的特征吸收峰，表明了TiO2的存在。红外谱图表明PI/TiO2杂化膜的各组成部分存在较强的相互作用，TiO2成功的引入到了聚酰亚胺基体中。
4.3.3.2 体积电阻率和表面电阻率测试及表征
采用PC40B型数字绝缘电阻测试仪进行体积电阻率和表面电阻率测试，所得的数据见表4-4。
表4-4 共混法制备PI/TiO2的体积电阻和表面电阻 t,cm 百分含量 RV，Ω RS，Ω 120% 0.002 1.272×10 0.256×1012 1% 0.002 1.291×1012 0.303×1012 2% 0.002 1.232×1012 0.333×1013 3% 0.004 0.416×1013 1.442×1013 4% 0.002 0.300×1010 0.632×1013 5% 0.002 0.497×1013 1.005×1013 通过计算得出该杂化膜的体积电阻率和表面电阻率见表4-5。
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哈尔滨理工大学学士学位论文 表4-5 共混法制备PI/TiO2的体积电阻率和表面电阻率 百分含量 ρV，Ω?cm ρS，Ω 0% 1.3507×1016 2.08896×1013 1% 1.3708×1016 2.4725×1013 2% 1.3082×1016 2.7173×1014 3% 2.2086×1016 1.1767×1015 4% 3.1855×1013 5.1571×1014 5% 5.2774×1016 8.2008×1014 由表4-5作图，得出图4-15和4-16 所示。 6.00E+0165.00E+0164.00E+016体积电阻率3.00E+0162.00E+0161.00E+0160.00E+0000%1%2%3%4%5%百分含量 图4-15 共混法制备的PI/TiO2的体积电阻率—百分含量图
1.20E+015 1.00E+0158.00E+014表面电阻率6.00E+0144.00E+0142.00E+0140.00E+0000%1%2%3%4%5%百分含量 图4-16 共混法制备的PI/TiO2的表面电阻率—百分含量图
由图4-15和图4-16可以看出，原位法制备的聚酰亚胺的体积电阻率除
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哈尔滨理工大学学士学位论文 了2%和4%时下降外，其余均上升，整体上呈上升趋势。而表面电阻率在3%使有明显呈上升，其余上升较为平缓，整体看呈上升趋势。这种结果说明加入TiO2粒子使聚酰亚胺材料的体积电阻率和表面电阻率均增大，即材料的绝缘性能变好。引起该种变化的原因是制备的TiO2亲水性较差，但其在聚酰胺酸中却能全部溶解且分散均匀，说明该TiO2进入了聚酰胺酸分子内部，改善了聚酰亚胺中的部分缺陷，使其导电能力下降，绝缘性能变好。 4.3.3.3 力学性能测试与表征
力学性能测试：采用由中国科学院长春科新公司试验仪器研究所生产的WDW4100微机控制电子万能试验机测试。测试结果如表4-6所示。
表4-6 共混法制备PI/TiO2复合膜的力学性能 百分含l，b，d，ζt1，ζt2，ζt3，mm mm mm MPa MPa MPa 量 0% 40 9.42 0.02 132.17 39.46 53.08 1% 40 9.96 0.02 114.12 19.58 66.93 2% 40 9.6 0.02 146.18 32.81 84.72 3% 40 9.82 0.02 144.94 18.84 49.9 5% 40 9.81 0.02 149.36 13.818 57.128 l—试样长度；b—试样宽度；d—试样厚度；ζt1—最大应力； ζt2—断裂应力；ζt3—屈服应力；εt—断裂伸长率；
由表4-6的数据作图，得图4-17。 150145140135130125120115110εt，% 7.931 17.695 11.563 14.818 16.525 最大应力0%1%2%3%5%百分含量 图4-17 共混法制备PI/TiO2复合膜的最大应力—百分含量图
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哈尔滨理工大学学士学位论文 1816断裂伸长率14121080%1%2%3%5%百分含量 图4-18 共混法制备PI/TiO2复合膜的断裂伸长率—百分含量图
由图4-17可以看出共混法制备的聚酰亚胺/TiO2杂化膜的最大应力随着TiO2含量的增加整体呈上升趋势。由图4-18可以看出，该杂化膜的断裂伸长率随着TiO2含量的增加，除了1%时上升较为明显外，其余上升均较规律，从整体上看是呈上升趋势。这说明TiO2的加入增强了聚酰亚胺的抗拉伸性能，使其力学性能变好。
产生这种变化的原因是聚酰亚胺本身为线性结构，受到拉力后是聚酰亚胺链断裂。但假如TiO2粒子以后，TiO2分散到聚酰亚胺分子内部，使聚酰亚胺由线性结构变为网状结构，当杂化膜受到拉力时，不光聚酰亚胺的分子链受力，TiO2产生的T-O键也受到力的作用，使材料承受力的能力增强，从而改善了聚酰亚胺的力学性能。 4.3.3.4 SEM测试与表征
用由荷兰飞利浦公司生产的FEI Sirion 扫描电子显微镜测试，结果如下：
图4-19至图4-23是PAA/TiO2薄膜的表面扫描照片。从图中我们可以看到连续深色的部分为聚酰亚胺(PI)有机基体，白色颗粒为分散在基体中的TiO2，颗粒间彼此基本孤立存在，只有很少部分的团聚。当二氧化钛含量较低时，二氧化钛粒子分散均匀且粒径很小，在100nm左右；但随着二氧化钛含量的增加，一部分二氧化钛粒子团聚，使得机体中的TiO2粒径变大。图中是我白色阴影表明，TiO2是被聚酰亚胺机体包围，而不是独立存在。
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