發(fā)布時(shí)間：2020-05-23 18:38

【摘要】：聚芳醚腈(PEN)作為一類新型工程樹脂,其分子結(jié)構(gòu)中含有的氰基及苯基等剛性基團(tuán)賦予了聚芳醚腈以優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性能、無毒性能等,有望在軍工、航空航天、電子等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文采用的是鄰苯二甲腈封端的可交聯(lián)型聚芳醚腈,其在低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的熱塑性聚合物性能,高溫?zé)崽幚碇髣t轉(zhuǎn)變成熱固性聚合物(CPEN),展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能。石墨烯和碳納米管(CNT)作為典型的一維和二維碳納米材料,兩者都具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。使用石墨烯或CNT與聚合物制備復(fù)合材料,可以有效改善聚合物材料的電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性以及阻燃性等。但是石墨烯或CNT分散性較差,與聚合物基體之間的界面作用力也不強(qiáng),這一定程度的阻礙了碳材料發(fā)揮出其優(yōu)異的性能。本文中使用氧化石墨烯(GO)這一前驅(qū)體來還原制備石墨烯,GO片層的表面和邊緣上含有大量環(huán)氧基團(tuán)、羥基、羧基和羰基在內(nèi)的含氧官能團(tuán),這些含氧官能團(tuán)的存在使GO具有很好的親水性,從而能夠在很多溶劑中表現(xiàn)出良好的分散性,同時(shí)這些含氧官能團(tuán)還有利于對GO進(jìn)行表面化學(xué)修飾,從而制備功能化的石墨烯材料。本文采用鄰苯二甲腈封端的聚芳醚腈作為聚合物基體,利用GO薄片結(jié)構(gòu)和CNT的管狀結(jié)構(gòu),通過物理或化學(xué)修飾的方法,構(gòu)造具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳納米管與聚芳醚腈的復(fù)合材料(在制備過程中通過熱還原或者化學(xué)還原的方式還原GO得到石墨烯),這其中對石墨烯和CNT的表面化學(xué)修飾可以有效地改善碳材料與聚合物基體分子的界面作用,進(jìn)而提高其在聚合物基體中的分散性,從而提高復(fù)合材料的力學(xué)、介電和熱穩(wěn)定性能。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)首先,在還原劑作用下,GO和酸化CNT先通過自組裝構(gòu)建具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的CNT-rGO泡沫,再將其浸漬在PEN融于NMP的稀溶液,使PEN充分浸入三維泡沫,最后再通過熱壓成型工藝得到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯-碳納米管與聚芳醚腈的復(fù)合材料(CNT-rGO/CPEN)。SEM測試顯示碳材料很好的分散在基體樹脂中,復(fù)合材料的導(dǎo)電性能因此也得到有效地提升。(2)先利用3-氨基苯氧基鄰苯二甲腈(3-APN)對GO和酸化CNT進(jìn)行表面化學(xué)修飾制備得到氰基功能化的GO-CN和CNT-CN,然后與三氯化鐵一起經(jīng)過溶劑熱反應(yīng)后得到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雜化材料Fe_3O_4-CNT/GS,再與聚芳醚腈復(fù)合制備了(Fe_3O_4-CNT/GS)/PEN復(fù)合材料,并采用FT-IR、XPS、XRD、SEM等測試方法對氰基化的GO-CN、CNT-CN和Fe_3O_4-CNT/GS以及它們在聚芳醚腈中的分散狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)表征,并且比較了交聯(lián)前后復(fù)合材料的性能變化。綜上,復(fù)合材料的介電性能,熱穩(wěn)定性,力學(xué)性能均有大幅度提升。(3)相對于前兩種先構(gòu)筑三維結(jié)構(gòu)填料后復(fù)合的方法,本節(jié)將采用復(fù)合的同時(shí)在聚合物基體中原位構(gòu)筑三維雜化填料,制備復(fù)合材料。本章節(jié)通過紫外、TGA、SEM等測試驗(yàn)證了Zn~(2+)可以絡(luò)合GO和酸化CNT形成GO-Zn-CNT之后,篩選出Zn~(2+)的最佳的添加量為Zn~(2+)/C=0.01 mmo L/mg(Zn~(2+)的摩爾質(zhì)量與碳材料的總質(zhì)量比),再利用篩選出的Zn~(2+)量在PEN溶液中絡(luò)合GO和酸化CNT得到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料PEN/GO-Zn-CNT,并在230 ~oC和320 ~oC處理分別得到PEN/GS-Zn-CNT和CPEN/GS-Zn-CNT。與純的聚芳醚腈相比,GO-Zn-CNT添加量為2 wt%時(shí)的CPEN/GS-Zn-CNT的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、介電性常數(shù)、拉伸強(qiáng)度分別提高了18%、181%、27%。
【圖文】：

2圖 1-2 聚芳醚腈親核取代縮聚合成機(jī)理示意圖如表 1-1 所示，以間苯（RS）、對苯 (HQ)、2，7-萘二酚 (ND)合成的聚芳較高的熔點(diǎn)，這是由于這幾種結(jié)構(gòu)的聚芳醚腈的分子鏈段結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶成的。以聯(lián)苯二酚 (BP)、2，，7-萘二酚 (ND)、酚酞 (PP)、酚酞啉 (PPL(BPS)、9，9-二（4-羥基苯基）Tk噸 (BHPX)和 4-（4-羥基-苯基）-2H-二1-酮（DHPZ）這幾類二元酚合成的聚芳醚腈具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（oC 以上），造成這樣結(jié)果的原因是由于這類二元酚的特殊結(jié)構(gòu)會使合成的主鏈具有較強(qiáng)的剛性，從而分子鏈段間運(yùn)動(dòng)需要的能量就更高。上述不同性能的聚芳醚腈使其能夠滿足不同需求的應(yīng)用。

4圖 1-4 石墨烯示意圖hene）作為一類具有單原子層厚度的二維平面 1-4 所示，石墨烯同時(shí)具備了在光、電、熱、研工作者的廣泛研究興趣。至今石墨烯作為合材料、傳感器、新能源等學(xué)科取得了舉世
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TB332

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本文編號：2677783