高性能聚酰亚胺薄膜的制备

随着科学技术的迅猛发展，各国都在努力拓展自己的太空领域。空间技术的发展对材料提出了越来越高的要求。航天器要在低地球轨道(LEO)这种高原子氧含量的环境下进行作业而保证不被损坏，就要具有优异的抗原子氧性能。聚酰亚胺以其优异的热性能、机械性能、耐溶剂性能和介电性能已经成为航天事业中的一类重要材料，但原子氧的侵蚀使未经改性的聚酰亚胺材料使用寿命大打折扣，因此采用各种方法提高聚酰亚胺的抗原子氧性能成为了各国学者研究的焦点。

到目前为止，提高聚酰亚胺抗原子氧性能的手段主要有：复合法、填充法以及化学改性法。复合法与填充法尽管能有效地改善聚酰亚胺的抗原子氧性能，但仍存在很大的局限性。化学改性法着眼于聚酰亚胺分子链，旨在分子水平上提高聚酰亚胺的抗原子氧性能，具有高效、均一的优势。目前主要在PI分子链中引入磷、硅、锆等元素来提高抗原子氧性能。考虑到经济效益以及改性聚酰亚胺的综合性能，目前多在分子链中引入硅元素。

近几年，一种超支化聚硅氧烷(Hyperbranchedpolysiloxane，简称“HBPSi”)为聚酰亚胺材料的改性提供了新的思路。与传统的线性聚合物改良剂相比，超支化聚硅氧烷具有特殊的超支化结构，因而在降低聚合物粘度、结晶性以及分子链之间的缠结、提高聚合物溶解性等方面得到了广泛应用。其特殊的超支化结构可负载更高含量的硅元素，而硅元素在提高PI抗原子氧性能方面具有潜在的应用价值。将含有氨基的超支化聚硅氧烷与二酐反应可得到分子主链含有超支化聚硅氧烷结构的新型聚酰亚胺材料，实现了在分子水平上对PI的改性，有效地解决了复合法中涂层易碎以及填充法中填料难以均匀分散等问题，同时通过调整超支化聚硅氧烷的支化度、分子量以及氨基含量可以获得抗原子氧性能与综合力学性能优异的薄膜材料。原子氧曝光实验表明，HBPSi聚酰亚胺薄膜在高热、高原子氧含量的环境中会在表面产生一层SiO2惰性防护层，阻止原子氧对基层材料的进一步刻蚀，使材料表现出“自修复”或者“自愈合”的能力。超支化聚硅氧烷庞大的椭球状结构具有较明显的空间位阻，能够增大分子链间距与聚合物的自由体积，从而有效地阻止热量与电荷的传递，因此超支化结构的引入抑制了电荷转移络合物的形成，同时还赋予了PI良好的耐热性与光学性能，从而为HBPSi聚酰亚胺薄膜在航空航天领域的广泛应用提供了有力支撑!

截至目前，制备超支化聚硅氧烷常采用的方法有水解缩合法、硅氢加成聚合法、亲核取代法、伍兹偶联法等。其中由于水解缩合法反应条件温和、能耗低、对环境无污染、水解工艺易于控制、反应过程简单、反应产物结构可控以及适合工业化生产而被广泛应用。超支化聚合物在分子结构设计方面具有灵活的可设计性，采用不同的反应单体可使超支化聚合物带有不同的官能团，从而通过缩聚、硅氢加成、伍兹偶联反应等手段引入到聚合物中，从而实现对传统聚合物的改性。

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