聚酰亚胺薄膜热膨胀系数的不稳定性研究

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绝缘材料2005No.2

聚酰亚胺薄膜热膨胀系数的不稳定性研究

王晓燕1,耿洪滨1,何世禹1,刘勇1,YuOPokhyl2,KVKoval2

(1.哈尔滨工业大学,黑龙江

哈尔滨150001;

2.乌克兰低温物理研究所特种技术设计局,乌克兰哈尔克夫61103)

摘要:测量了聚酰亚胺薄膜在冷热循环过程中各温度点的热膨胀系数。结果表明:聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数具有不稳定性,当经四次冷热循环后才趋于稳定。关键词:聚酰亚胺薄膜;热膨胀系数;热循环中图分类号:TM215.3;TQ3237;V255

文献标识码:A

文章编号:1009-9239(2005)02-0034-03

Researchoninstabilityofthermalexpandcoefficientofpolyimidesfilm

WANGXiao-yan,GENGHong-bin,HEShi-yu,LIUYong

YUOPokhyl,KVKoval

2

2

1

1

1

1

(1.HarbinInstituteofTechnology,HeilongjianHarbinna;2.SpecialResearchandDevelopmentBufCrgiesofInstituteforLowTemperatredgin,Academy

ofkrai,,Ukraine)

Abstract:Thermalpantofpolyimidefilmsateachtemperaturewasmeasuredinthe

processofthermalcycling.Theresultsshowethatthethermalexpandcoefficientofpolyimidefilmisinstability,ittendstostabilizationafterfourtimesofpsychro-thermalcycles.

Keywords:polyimidefilms;thermalexpandcoefficient;thermalcycling

1前言

产生相当严重的影响,冷热交变既是其中之一

[4,5]

。

聚酰亚胺薄膜具有优良的电气性能、耐辐射性能、阻燃性能和抗腐蚀性,可以在很宽的温度

(-269℃)范围内使用,并能保持高的强～+400℃

1990年,美国宇航局(NASA)回收了在低地球轨道中

运行了69个月的“长期曝露装置(LDEF)”,结果发现热循环温度场造成材料尺寸不稳定性和机械性能下降[6,7]。在所有由空间环境导致的航天器故障中有

10.5%来源于宇宙的热环境

[8]

度,因此在航空、航天以及电子电气等领域得到了非常广泛的应用。美国90年代中期的战术战斗机

ATF、F-16和新一代航天航天器纷纷采用加成型聚

。因此研究空间温度场

酰亚胺作为复合材料的基体树脂

[1]

对飞行器材料性能的影响具有十分重要的意义。

2

,在液晶定向薄

膜、滤色片的保护膜、光敏元件、光导波路、接触镜片、太阳能电池和控制热系统等上均有应用[2,3]。

低地球轨道是卫星、空间站等航天飞行器的运行区域,其环境相当恶劣,对飞行器的使用性能和寿命

收稿日期:2004-10-26;修回日期:2004-12-16

作者简介:王晓燕,女,博士研究生。研究方向为温度场对太阳能电池性能的影响。2002-2003年曾在乌克兰进行有关课题研究和学习(Tel:

0451-86412462,E-mail:wangxyxywang@)。

试验材料和装置

试验所用材料为北京508所提供的0.05mm厚

度的聚酰亚胺薄膜,在乌克兰的卧式测量仪ИЗА-2上测量热膨胀系数,薄膜的原始长度为200mm。图1为热膨胀系数测量仪示意图,图2和3分别为试样的加热和冷却装置,以实现高低温下热膨胀系数的测量

。

绝缘材料2005No.2

王晓燕等:聚酰亚胺薄膜热膨胀系数的不稳定性研究

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高温区的冷热循环试验从20℃加热到150℃,然后冷却至20℃。测量试样分别在35℃,75℃,125℃时和不同冷热循环周期时的热膨胀系数,结果见表2。可见,试样的热膨胀系数随着测验温度的升高而升高。并且随着且随着冷热循环周期的增加而增大,但随着冷热循环周期的增加,温度提高引起的热膨胀系数的增大的变化率逐渐减小,这从图4可以看出这一点。此外在试验中还发现有下列现象:第一次冷热循环后回到起始温度时,试样并没有恢复到原始的长度,而是缩短了0.146mm;第二次冷热循环后回到起始温度时,比第一次冷热循环后试样的长度又缩短了0.028mm;第三次冷热循环后回到起始温度时,比第二次冷热循环后试样的长度缩短又了0.024mm;第四次冷热循环后回到起始温度时,试样的长度与第三次冷热循环后相比没有发生变化。这说明聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数具有不稳定性,经过四次热循环后才能稳定下来。作者认为这是由于在加热与冷却过程中[9,10],经过,系曲线。经四次冷热循环后测量得的零上温度的热膨胀系数与零下温度的热膨胀系数基本在一条直线上。

表2试样在20～150℃的热膨胀系数

-6

热膨胀系数α×10,1/℃

图1热膨胀系数测量仪示意图

图

2

温度T,℃3513.219.522.824.3

7516.522.324.325.0

12519.423.926.326.2

图3试样的冷却装置

第1次冷热循环第2次冷热循环

冷热循环时聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数α的测量值,取每个测试温度点下3个试样测试结果的平均

值。

3

第3次冷热循环第4次冷热循环

试验结果与讨论

低温区的冷热循环试验从20℃冷却到-100℃,

然后再加热到20℃。在这个过程中分别测量在0℃,-40℃,-100℃时试样的α值,结果见表1。表中数据表明:随着温度的升高,材料的热膨胀系数略有增加。

表1试样在20～-100℃的热膨胀系数

温度T,℃

-6

热膨胀系数α×10,1/℃

023.9

-4023.2

-10022.0

图4聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数与温度的关系曲线

(下转第38页)

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黄翠华等:自动压力凝胶用环氧复合绝缘材料的组成对性能的影响绝缘材料2005No.2

加,材料的弯曲强度显著增加;固化剂含量增加,材料的弯曲强度略有增加。但当固化剂含量过高时,树脂交联密度过大,从而使材料收缩严重,而且韧性下降。当硅微粉含量太大时,除了造成前述影响外,还会导致复合材料的脆性增大。

3.4不同配比对环氧复合绝缘材料电气强度的影响

电气强度是衡量绝缘材料电气绝缘性能的重要指标之一,表3是不同原料配比对环氧复合绝缘材料电气强度的影响结果。由表3可以看出:环氧复合绝缘材料的电气强度几乎不随原料中固化剂含量的变化而变化;原料中硅微粉含量的增加,将使复合材料的电气强度增加。

表3原料配比对环氧复合材料电气强度的影响

树脂∶固化剂∶硅微粉

1.0∶0.8∶3.01.0∶0.8∶3.51.0∶0.9∶3.01.0∶0.9∶3.5

在一定原料配比范围内,固化剂含量的增加,将

使环氧复合绝缘材料的流动性增加,固化速度加快,弯曲强度增加,对材料的电气强度影响较小,但使贮存(罐藏)寿命缩短;硅微粉含量的增加,将使环氧复合材料的贮存寿命、弯曲强度和电气强度增加,但流动性下降,固化速度减小。固化剂和硅微粉的含量也不能过大,否则将导致成型加工困难,最终使材料的性能下降。在试验中,环氧树脂、固化剂、硅微粉的质量比为1.0∶1.0∶4.0时,所得环氧复合绝缘材料的综合性能最佳。

参考文献

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(2.7～3.0)之内[6,7]。4结

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论

(上接第35页)

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小结

随着温度的升高,聚酰亚胺薄膜的热膨胀系数略有升高,且具有不稳定性,随着冷热循环周期的增加而逐步趋于稳定,这可能是由于显微组织的变化而引起的。

4

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cqr1.html