石墨烯-PBO復合共聚膜的制備及性能研究.pdf

1、聚對苯撐苯并二噁唑（PBO）薄膜是一種集低密度、高強度、高模量、高分解溫度、高極限氧指數(shù)等眾多優(yōu)異性能于一身的高性能薄膜材料，在航天航空、武器裝備等眾多國防尖端領(lǐng)域有著巨大的應用潛力。盡管PBO薄膜具有優(yōu)異的性能，但是為了進一步提高PBO薄膜的力學性能等，升級換代現(xiàn)有的高性能薄膜品種，迫切需要對PBO薄膜進行改性。本論文以提高PBO聚合物薄膜的力學性能和耐熱阻燃水平為目標，設(shè)計合成了兩種石墨烯衍生物：氧化石墨烯（GO）和氨基化的石墨烯（

2、GO-NH2）。以上述兩種石墨烯衍生物為增強體，采用“一鍋法”共聚改性PBO，制備石墨烯/PBO復合共聚膜。
　　本文采用Hummers法制備GO。采用新穎的“一鍋法”和簡單易行的“脫HCl”聚合工藝制備GO/PBO共聚物。在此過程中，GO上的-COOH與PBO縮聚單體4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽（DAR）發(fā)生反應，得到的DAR功能化石墨烯將與PBO基體具有更好的相容性及可反應性，最終實現(xiàn)石墨烯與PBO的共價連接。在此基礎(chǔ)上，通過

3、改變GO的加入量，利用熱壓工藝制備得到三種不同GO含量的GO/PBO復合共聚膜。
　　相似地，為了進一步提高石墨烯在PBO基體中的分散性，改善功能化石墨烯上官能團的反應活性，本文對石墨烯進行二次氨基化修飾。以GO為原料，以N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺（DCC），4-二甲氨基吡啶(DMAP)為酰胺化反應催化劑，以乙二胺為反應試劑制備得到GO-NH2。在此基礎(chǔ)上，利用GO-NH2上的氨基（-NH2）與PBO縮聚單體對苯二甲酸（PTA）反

4、應，采用新穎獨特的“一鍋法”原位聚合工藝，制備得到三種不同GO-NH2含量的GO-NH2/PBO復合共聚膜。
　　本文對GO和GO-NH2的化學結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、表觀形貌和官能團含量進行了系統(tǒng)的分析，分析結(jié)果表明已成功制備了具有較高官能團含量的單層GO和GO-NH2。為了深入探討“一鍋法”制備工藝的反應歷程，本文對石墨烯/PBO共聚物的兩種中間產(chǎn)物（GO-DAR，GO-NH2-PTA）的化學組成進行了細致的研究。研究結(jié)果表明：GO和

5、GO-NH2分別能和PBO聚合物的兩種單體發(fā)生化學反應形成化學鍵，且具有較好的反應效果。此外，本文還針對GO/PBO和GO-NH2/PBO兩種復合共聚膜的化學結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為展開深入的研究，并對不同GO和GO-NH2添加量的復合共聚膜的斷面形貌、力學性能和耐熱性能進行了詳實的分析和比較。實驗結(jié)果顯示：GO和GO-NH2均能通過共價鍵接枝到PBO聚合物的分子鏈上，隨著GO和GO-NH2的含量的升高兩種復合共聚膜的力學性能、耐熱性能等有明顯的