發(fā)布時間：2018-12-11 20:15

【摘要】：聚亞苯基砜(PPSU)是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料,其在航空航天、汽車、新能源等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用市場。但是越來越苛刻的應(yīng)用環(huán)境對PPSU樹脂的性能提出了更高的要求,因此需要借助化學(xué)改性或物理改性等手段來提高PPSU樹脂的性能。其中,物理改性中目前最常用的方法是利用性能優(yōu)異的填料對PPSU樹脂進行共混改性,這種方法在提高PPSU樹脂綜合性能的同時還能夠降低材料成本,擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。多壁碳納米管(MWCNTs)作為一種性能優(yōu)異的納米填料,近年來受到眾多科研者的關(guān)注,其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。但是MWCNTs的比表面積較大并且彼此之間存在著范德華力、π-π堆積、靜電和氫鍵作用,使得其易于團聚,難以在樹脂基體中有效分散,從而限制了MWCNTs在樹脂基復(fù)合材料中的應(yīng)用。針對MWCNTs難以分散的情況,一般通過共價改性或非共價改性方式來改善這一問題。目前很多研究表明,共價改性可以實現(xiàn)MWCNTs在基體材料中的較好分散。但是共價改性會破壞MWCNTs的表面結(jié)構(gòu),進而影響MWCNTs本身的力、電等性能,使得MWCNTs的優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。而非共價修飾是依靠分子間作用力來對MWCNTs進行修飾,基本不會對其表面進行二次破壞。在對MWCNTs表面結(jié)構(gòu)的保護上,相比共價改性,非共價改性是一種較為優(yōu)異的選擇。對于非共價改性,人們通常采用小分子分散劑來改性MWCNTs。但小分子耐熱性較差,在材料加工過程中會出現(xiàn)揮發(fā)或分解,對于加工溫度較高的聚芳醚砜等高性能聚合物體系并不適用。此外,聚合物修飾劑也可用于分散MWCNTs。大部分聚合物修飾劑都是通過簡單的鏈包覆,雖然可在一定程度上提高MWCNTs的分散程度,但由于聚合物修飾劑與MWCNTs的作用力較弱,其改性作用有限。芘分子是一種含有共軛結(jié)構(gòu)的稠環(huán)化合物,可以與MWCNTs側(cè)壁通過π-π堆積作用實現(xiàn)對MWCNTs的分散。在不破壞MWCNTs表面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將芘基團引入聚合物中來實現(xiàn)對MWCNTs的非共價改性,既能保證聚合物修飾劑與MWCNTs的作用力,又適用于加工溫度較高的高性能聚合物體系。因此,本論文從分子設(shè)計的角度出發(fā),合成了具有良好耐熱性并適用于PPSU體系的主鏈含芘聚亞苯基砜(PPSU-m-Py)系列聚合物,以此來實現(xiàn)對MWCNTs的分散改性。通過合成含芘的二酚單體,將其共聚到聚合物的主鏈上,得到PPSU-m-Py系列聚合物。測試結(jié)果表明,本文制備的PPSU-m-Py系列聚合物均具有良好的耐熱性,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)均在245℃以上,空氣氣氛下,5%熱失重溫度均在555℃以上,其優(yōu)異的耐熱性使其適用于PPSU等加工溫度較高的聚合物體系。通過對聚合物種類、超聲時間、聚合物濃度、聚合物分子量大小等因素的分析,系統(tǒng)地研究了PPSU-m-Py系列聚合物對MWCNTs的分散條件。最終確定:MWCNTs濃度為2 mg/m L,主鏈含芘20%的聚亞苯基砜(Py-0.2)在10 mg/m L時對其分散效果最好,分散濃度可達(dá)700 mg/L。此外,通過溶液共混的方式得到了不同MWCNTs含量的MWCNTs/PPSU復(fù)合材料。與純PPSU相比,經(jīng)Py-0.2改性的MWCNTs/PPSU復(fù)合材料的力、熱性能均得到提升;在MWCNTs添加量為0.5 wt%時,其拉伸強度比純PPSU提高了5.08 MPa,楊氏模量提高了30%;在MWCNTs添加量為0.2 wt%時,其斷裂伸長率比純PPSU提高了30%。經(jīng)Py-0.2改性的MWCNTs在PPSU樹脂中具有良好的分散性,相關(guān)材料具有較好的應(yīng)用前景。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ326.55;TB383.1

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本文編號：2373157