聚芳醚腈-碳納米管復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚芳醚腈以其優(yōu)良的耐熱性能和機(jī)械性能在特種高分子材料領(lǐng)域占有重要的地位，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文研究了聚芳醚腈/碳納米管復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能、電性能、流變性能及熱穩(wěn)定性。
　　采用酸化-酰氯化的方法在多壁碳納米管上接枝4-氨基苯氧基鄰苯二甲腈，應(yīng)用TEM、FTIR、TGA等手段對接枝產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)濃硫酸/硝酸（3/1）的混酸處理能夠有效去除碳納米管中的雜質(zhì)，促進(jìn)碳納米管的分散；使碳納米管表面形成羧基，再通過酰氯化

2、反應(yīng)接枝4-氨基苯氧基鄰苯二甲腈。這為進(jìn)一步的復(fù)合材料制備奠定了基礎(chǔ)。
　　應(yīng)用三種工藝制備了聚芳醚腈/碳納米管復(fù)合材料，即(1)直接溶液共混法；(2)使用分散劑的溶液共混法；(3)接枝溶液共混法。并考察工藝方法和碳納米管含量對復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，對所得復(fù)合材料的增強(qiáng)效果有接枝溶液共混法最佳，使用分散劑的溶液共混法次之，直接溶液共混法較差。
　　使用接枝法制得的復(fù)合材料，由于碳納米管自身的分散性和與樹脂的相溶性的提

3、高，因此增強(qiáng)效果最為顯著，且表現(xiàn)出復(fù)合材料增強(qiáng)的逾滲轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，當(dāng)碳納米管含量為1wt％時(shí)，綜合性能達(dá)到最高，拉伸強(qiáng)度由85MPa提高到133MPa，提高了56%；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由161oC提高到174oC,起始分解溫度由450oC提高到475oC，700oC時(shí)殘留率由60%提高到70%，表面電阻率由1015Ω·cm降為109Ω·cm，下降了6個(gè)數(shù)量級(jí)。對添加了分散劑的溶液共混法，同樣在碳納米管含量為1wt%時(shí)復(fù)合材料的綜合性能達(dá)到最佳，

4、拉伸強(qiáng)度由85MPa提高到122MPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由161oC提高到164 oC,起始分解溫度由450oC提高到470oC，700oC時(shí)殘留率由60%提高到65%，表面電阻率由1015Ω·cm降為109Ω·cm，而對直接共混所得的復(fù)合材料，由于碳納米管的分散性較前兩種方法差，因此所得材料的綜合性能也較前兩種方法差，復(fù)合材料力學(xué)性能轉(zhuǎn)變點(diǎn)出現(xiàn)在碳納米管含量為0.5wt%時(shí)，拉伸強(qiáng)度由85MPa提高到103MPa，同時(shí)表面電阻率從101

5、5Ω·cm降為1011Ω·cm，材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和起始分解溫度無明顯變化。
　　對聚芳醚腈的交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行了研究和分析，主要研究了反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對交聯(lián)程度的影響，結(jié)合應(yīng)力流變儀對交聯(lián)產(chǎn)物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，證明了聚合物在熱催化條件下有交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，根據(jù)處理溫度與時(shí)間的不同，交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行的程度不盡相同，最高交聯(lián)率達(dá)可到9%。通過交聯(lián)，材料在提高耐熱性的同時(shí)并未喪失熱塑性材料的性質(zhì)。
　　通過熱重分析，采用程序升溫法研究了

6、聚芳醚腈、聚芳醚腈/碳納米管復(fù)合材料及聚芳醚腈交聯(lián)產(chǎn)物在氮?dú)庵械臒岱纸鈩?dòng)力學(xué)，在不涉及分解機(jī)理的情況下，利用Ozawa-Flynn-Wall法和Friedman法從不同的角度求得了材料的分解活化能，再使用satava法確定其分解機(jī)理。研究結(jié)果表明，聚芳醚腈的在氮?dú)庵蟹磻?yīng)活化能為103KJ/mol,分解機(jī)理為隨機(jī)成核與隨后生長，聚芳醚腈交聯(lián)物的分解機(jī)理為二維相界面反應(yīng)，反應(yīng)活化能為160KJ/mol，使用了分散劑的共混法與接枝法制得的聚芳