可熔性聚酰亞胺膠粘劑的真空性能研究

　　目前, 耐高溫膠粘劑在國民經濟各領域中得到了廣泛應用, 但是能在真空器件中使用的不多。除了一些粘結強度較差的無機粘結劑如水玻璃、真空水泥等外,耐熱度僅250℃的環氧樹脂也常常被用在真空度要求不高、工作溫度也不高的場合作為密封和粘結材料。隨著一些真空電磁元件的需要, 例如內真空偏轉線圈, 真空用電機等, 對粘結劑提出了更多更高的要求, 不僅要求它能經受350～400℃的器件排氣烘烤, 又能長期經受100～250℃的工作溫度, 而且要求必需具有低的放氣率以及不能含有對氧化物陰極有害的成分, 因此原有的一些膠粘劑已不能滿足要求。為了尋求能在真空中使用的膠粘劑, 本文借助于四極質譜測量系統對國內已商品化的三種高溫膠粘材料進行了放氣性能及放氣成分的檢測并進行了比較, 尋找出了一種適合真空器件中使用的膠粘劑。

1、實驗裝置和樣品制備

　　圖1為典型的全金屬四極質譜真空測量系統,擴散泵抽速為800L/s。小孔流導為10L/s, 系統啟動3～4h后, 系統極限真空度Pu為2×10^-4Pa, 當樣品室溫度為300℃時, 系統極限真空度Pu為(3～4) ×10^-4Pa。

1.小烘箱 2.溫度計 3.樣品 4.樣品室 5.擋板 6.電離計 7.分析室 8.四極質譜計 9.小孔(c= 10L/s)  10.擴散泵(S= 800L/s)

圖1　真空測量系統示意圖

　　進行實驗分析的樣品有三種。

　�、� 聚酰亞胺膜(簡稱PI膠膜),重量為1.1g。

　�、� 8605有機硅漆(1g 涂復在面積為120mm²金屬鉬園片兩面, 經快干后制成樣品。

　�、� 可熔性聚酰亞胺(1g)涂復在面積為120mm²金屬鉬圓片兩面經表面烘干后制成樣品。

2、實驗分析結果

2.1、聚酰亞胺膠粘劑(簡稱PI膠粘劑)

　　該膠粘劑屬縮合型聚酰亞胺,亦稱不熔性聚酰亞胺,它是由均苯四甲酸二酐和二胺基二苯醚按一定的比例在強極性溶劑二甲基乙酰胺中反應得到的聚酰胺酸預聚物溶液, 即為PI膠粘劑, 這種膠粘劑有極高的耐熱性, 短期可耐480℃, 長期工作溫度為280℃。把由聚酰胺酸溶液制膜經高溫亞胺化獲得的膜作為樣品, 放在圖1 所示的測量系統的樣品室內進行真空性能的檢測。

圖2　PI膜的實驗過程

a1.PI膠膜　b1.可熔性聚酰亞胺　c1.8605有機硅漆

圖3　三種樣品的熱分解的壓力～溫度曲線

　　圖2表示PI膠膜樣品的實驗過程曲線, 即樣品從升溫—保溫—降溫的整個過程中系統真空度Pt對應的變化過程。從圖2中可看出, 隨著T=300℃保溫過程的進行, 樣品中放出的氣體量逐漸減小, 最終使Pt平衡在6.3×10^-4Pa的平衡壓強上。真空系統在室溫時極限真空為2.0×10^-4Pa。根據圖2 中高溫烘烤結束后降溫區內不同時刻所對應的Pt和T,將圖2轉換成圖3(a)的曲線(a),從圖中可以看出,在低于257℃時, 從樣品中放出的主要是解吸氣體,隨著溫度升高, Pt值增加緩慢。但當溫度超過257℃后, 膠膜產生大量的分解氣體, 使Pt值隨著溫度上升而迅速增加。把二段不同斜率的直線的交點對應的溫度Td稱為該樣品的熱分解點。從圖3 (a) 中可以看出PI膠膜的熱分解溫度為257℃。

(a) 　圖2 中B點的成分分析 (b) 　圖2 中A點的成分分析

圖4　PI膜的成分分析

　　圖4為PI膠膜的氣體成分分析結果。(a)為圖2中B點放出的氣體成分。(b)為圖中A點放出的氣體成分, 這些氣體成分為H、H₂O、CO、CO₂,都是低質量的碳氫化合物, 與真空系統中一般的殘氣成分同。至于少量的M >50的成分都是真空系統中殘留的本底氣體, 在300℃保溫34min 后基本消失。由于PI膠膜在固化過程中有縮聚水產生, 在圖4中水峰比較明顯證實了這一點, 因此在膠粘時會產生結構缺陷而影響膠粘強度。另外, PI膠對溫度、濃度、濕度都很敏感, 必需在低溫以及干燥環境中保存。