可熔性聚酰亚胺胶粘剂的真空性能研究

　　目前, 耐高温胶粘剂在国民经济各领域中得到了广泛应用, 但是能在真空器件中使用的不多。除了一些粘结强度较差的无机粘结剂如水玻璃、真空水泥等外,耐热度仅250℃的环氧树脂也常常被用在真空度要求不高、工作温度也不高的场合作为密封和粘结材料。随着一些真空电磁元件的需要, 例如内真空偏转线圈, 真空用电机等, 对粘结剂提出了更多更高的要求, 不仅要求它能经受350～400℃的器件排气烘烤, 又能长期经受100～250℃的工作温度, 而且要求必需具有低的放气率以及不能含有对氧化物阴极有害的成分, 因此原有的一些胶粘剂已不能满足要求。为了寻求能在真空中使用的胶粘剂, 本文借助于四极质谱测量系统对国内已商品化的三种高温胶粘材料进行了放气性能及放气成分的检测并进行了比较, 寻找出了一种适合真空器件中使用的胶粘剂。

1、实验装置和样品制备

　　图1为典型的全金属四极质谱真空测量系统,扩散泵抽速为800L/s。小孔流导为10L/s, 系统启动3～4h后, 系统极限真空度Pu为2×10^-4Pa, 当样品室温度为300℃时, 系统极限真空度Pu为(3～4) ×10^-4Pa。

1.小烘箱 2.温度计 3.样品 4.样品室 5.挡板 6.电离计 7.分析室 8.四极质谱计 9.小孔(c= 10L/s)  10.扩散泵(S= 800L/s)

图1　真空测量系统示意图

　　进行实验分析的样品有三种。

　　① 聚酰亚胺膜(简称PI胶膜),重量为1.1g。

　　② 8605有机硅漆(1g 涂复在面积为120mm²金属钼园片两面, 经快干后制成样品。

　　③ 可熔性聚酰亚胺(1g)涂复在面积为120mm²金属钼圆片两面经表面烘干后制成样品。

2、实验分析结果

2.1、聚酰亚胺胶粘剂(简称PI胶粘剂)

　　该胶粘剂属缩合型聚酰亚胺,亦称不熔性聚酰亚胺,它是由均苯四甲酸二酐和二胺基二苯醚按一定的比例在强极性溶剂二甲基乙酰胺中反应得到的聚酰胺酸预聚物溶液, 即为PI胶粘剂, 这种胶粘剂有极高的耐热性, 短期可耐480℃, 长期工作温度为280℃。把由聚酰胺酸溶液制膜经高温亚胺化获得的膜作为样品, 放在图1 所示的测量系统的样品室内进行真空性能的检测。

图2　PI膜的实验过程

a1.PI胶膜　b1.可熔性聚酰亚胺　c1.8605有机硅漆

图3　三种样品的热分解的压力～温度曲线

　　图2表示PI胶膜样品的实验过程曲线, 即样品从升温—保温—降温的整个过程中系统真空度Pt对应的变化过程。从图2中可看出, 随着T=300℃保温过程的进行, 样品中放出的气体量逐渐减小, 最终使Pt平衡在6.3×10^-4Pa的平衡压强上。真空系统在室温时极限真空为2.0×10^-4Pa。根据图2 中高温烘烤结束后降温区内不同时刻所对应的Pt和T,将图2转换成图3(a)的曲线(a),从图中可以看出,在低于257℃时, 从样品中放出的主要是解吸气体,随着温度升高, Pt值增加缓慢。但当温度超过257℃后, 胶膜产生大量的分解气体, 使Pt值随着温度上升而迅速增加。把二段不同斜率的直线的交点对应的温度Td称为该样品的热分解点。从图3 (a) 中可以看出PI胶膜的热分解温度为257℃。

(a) 　图2 中B点的成分分析 (b) 　图2 中A点的成分分析

图4　PI膜的成分分析

　　图4为PI胶膜的气体成分分析结果。(a)为图2中B点放出的气体成分。(b)为图中A点放出的气体成分, 这些气体成分为H、H₂O、CO、CO₂,都是低质量的碳氢化合物, 与真空系统中一般的残气成分同。至于少量的M >50的成分都是真空系统中残留的本底气体, 在300℃保温34min 后基本消失。由于PI胶膜在固化过程中有缩聚水产生, 在图4中水峰比较明显证实了这一点, 因此在胶粘时会产生结构缺陷而影响胶粘强度。另外, PI胶对温度、浓度、湿度都很敏感, 必需在低温以及干燥环境中保存。