發(fā)布時間：2017-03-21 17:05

  本文關(guān)鍵詞：高性能聚合物納米復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高性能復(fù)合材料,以其異常優(yōu)異高比模量、高比強(qiáng)度、及優(yōu)異的耐高溫性能、多功能性,成為國防建設(shè)和空間計劃的主要材料,并且已對國民經(jīng)濟(jì)的重要部門,特別是在飛機(jī)、文體用品、紡織機(jī)械和地面交通工具方而起著重要的影響。隨著各行業(yè)不斷改進(jìn),使其領(lǐng)域的復(fù)合材料用量逐年上升,同時也對材料性能提出更高的要求。為對高性能復(fù)合材料發(fā)展提供技術(shù)理論基礎(chǔ),其基礎(chǔ)科學(xué)和工程方面的研究尚需深入。 為此,本文分別選用高性能熱固性,熱塑性聚合物較具有代表性的苯并VA嗪和聚醚醚酮作為基體材料。通過改性石墨烯納米填料的優(yōu)異分散性能及基體相容性,更有效的對高性能聚合物基體進(jìn)行納米尺寸的多功能改性。制備出高性能聚合物納米復(fù)合材料,并對其材料設(shè)計,制備工藝,結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系及改性機(jī)理進(jìn)行研究,為高性能聚合物的納米改性提供理論基礎(chǔ)。 (1)首先使用氧化還原法制備不同還原程度的石墨烯。FTIR、EDS、TGA, DSC測試結(jié)果表明,經(jīng)42h還原,含氧官能團(tuán)逐步取代,含氧量降低6.22%；初始分解溫度由55℃升至221℃,熱性能顯著增強(qiáng)。而微觀分散形貌,通過SEM,AFM觀察發(fā)現(xiàn),隨著還原程度增加,剝離的石墨烯片層堆積團(tuán)聚先減少再增加,平均尺寸減小90%。分散性能研究,通過UV-vis吸收光譜等表征,結(jié)果均顯示,不同還原程度的石墨烯在不同溶劑,不同靜置時間,不同濃度等多種分散條件下,均出現(xiàn)分散性能隨還原程度的增加先提高再變差的趨勢。在還原時間為24h時,吸收峰波長和吸收量最大,具有最佳分散效果。 根據(jù)測試表征結(jié)果分析,當(dāng)還原時間為24h時,石墨烯單片層表面的含氧官能團(tuán)的有效作用力,即含氧官能團(tuán)的靜電作用力/片層面積的值可能正好達(dá)到最大,在水溶液中具有最佳分散性能。 (2)對熱固性樹脂的納米改性,通過超聲熔融共混法制備了聚苯并嗯嗪/改性石墨烯(PBa/iGO)納米復(fù)合材料。據(jù)DSC測試研究了氧化石墨烯(GO), iGO對苯并VA嗪單體(Ba)的固化過程能有效催化降低固化溫度,有利于材料于工業(yè)生產(chǎn)中固化成型。FTIR, DSC表征Ba及Ba/iGO固化前后化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化、以及階段升溫過程中固化行為。再通過SEM對其固化前后脆斷面微觀形貌表征顯示,iGO分散均勻穩(wěn)定,與基體相容性良好。TGA、DMA測試顯示,iGO引入耐熱性能逐漸增強(qiáng),而玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅幾乎不變,對鏈段活性和分子交聯(lián)度影響較小。 納米改性復(fù)合材料的力學(xué)性能顯示,添加0.1wt%的iGO,體系拉伸強(qiáng)度提高了111.77%；楊氏模量由1453.86上升至1517.23MPa,斷裂韌性能顯著的提高263.2%,較添加等量未改性RGO改性效果大幅提升。通過測試表征分析,iGO于基體中的穩(wěn)定均一分散以及與基體較強(qiáng)的相互作用對增韌效果具有顯著促進(jìn)效果。其增韌機(jī)理主要為納米尺寸下裂紋釘錨、裂紋偏轉(zhuǎn)以及填料石墨烯片層撥出卷曲吸能。 (3)對熱塑性樹脂的納米改性,通過超聲處理和旋蒸處理得到單體與石墨烯片層預(yù)插層結(jié)構(gòu),再進(jìn)行原位縮聚制備了PEEK/RGO復(fù)合材料。XRD, DSC, TGA等測試顯示,原位縮聚過程中,隨著RGO含量增多,PEEK分子量逐漸降低,降低了結(jié)晶溫度,未改變PEEK晶型結(jié)構(gòu)。當(dāng)RGO添加量為0.1wt%時,結(jié)晶度提高了8%,而進(jìn)一步添加RGO阻礙鏈段運動卻降低了結(jié)晶度。RGO的引入降低了聚合物分子量,卻因本身較優(yōu)異的熱性能及分散,未改變?nèi)埸c,且大幅提高初始分解溫度,提高了復(fù)合材料的總體熱性能。 通過摩擦性能測試可知,PEEK/RGO-0.5wt%的摩擦系數(shù)COF由0.161降至0.078,磨損率降低80.19%。結(jié)合摩擦性能測試后試樣SEM圖,初步研究了RGO改善PEEK耐磨性能的機(jī)理,RGO的加入,增加了PEEK的表面硬度及熱性能,使其在摩擦過程中表面軟化和分解得到有效抑制,且RGO的層狀結(jié)構(gòu)在摩擦過程中發(fā)生的層間相對位移起到了固體潤滑作用,使PEEK表面可運動薄膜能夠更好地保護(hù)摩擦表面,因此PEEK耐磨性能能有效地得到提高。 納米填料的改性及制備工藝的改善,改善了納米級填料于基體中分散問題,且增強(qiáng)聚合物基體與納米填料間相互作用力,更有效大幅改善聚合物的性能,適用于更加苛刻的要求。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 苯并VA嗪 聚醚醚酮 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O631.3;TB332
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 高性能聚合物復(fù)合材料10-14
• 1.1.1 高性能聚合物復(fù)合材料簡介10-11
• 1.1.2 聚合物納米復(fù)合材料特性11-13
• 1.1.3 高性能聚合物復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用13-14
• 1.2 高性能聚合物基體14-23
• 1.2.1 高性能熱固性聚合物基體14-18
• 1.2.2 高性能熱塑性聚合物基體18-23
• 1.3 石墨烯23-31
• 1.3.1 石墨烯簡介23-24
• 1.3.2 石墨烯的分散性能改性24-26
• 1.3.3 石墨烯聚合物納米復(fù)合材料的性能26-28
• 1.3.4 石墨烯聚合物納米復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4 本課題研究31-32
• 1.4.1 研究目的與思路31
• 1.4.2 研究內(nèi)容31-32
• 第二章 功能化石墨烯的制備及性能分析32-46
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗部分32-35
• 2.2.1 實驗原料與儀器32-33
• 2.2.2 材料合成與制備33-34
• 2.2.3 測試與表征表征34-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-44
• 2.3.1 化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)表征35-37
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性37-38
• 2.3.3 分散性能38-41
• 2.3.4 微觀形貌分析41-43
• 2.3.5 紫外可見吸收光譜43-44
• 2.3.6 分散現(xiàn)象原理假設(shè)44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第三章 苯并VA嗪/石墨烯復(fù)合材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究46-65
• 3.1 前言46-47
• 3.2 實驗部分47-51
• 3.2.1 實驗原料及儀器47
• 3.2.2 材料合成與制備47-49
• 3.2.3 測試與表征49-51
• 3.3 結(jié)果與討論51-63
• 3.3.1 Ba及Ba/iGO固化行為分析51-55
• 3.3.2 Ba及Ba/iGO固化前后形貌55-56
• 3.3.3 PBa及PBa/iGO熱重分析56-58
• 3.3.4 PBa及PBa/iGO動態(tài)力學(xué)分析58-59
• 3.3.5 PBa、PBa/RGO及PBa/iGO拉伸性能59-61
• 3.3.6 PBa、PBa/RGO及PBa/iGO斷裂韌性61-62
• 3.3.7 RGO及iGO對PBa增韌機(jī)理62-63
• 3.4 本章小結(jié)63-65
• 第四章 聚醚醚酮/石墨烯復(fù)合材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究65-80
• 4.1 引言65-66
• 4.2 實驗部分66-70
• 4.2.1 實驗原料及儀器66-67
• 4.2.2 材料合成與制備67-69
• 4.2.3 測試與表征69-70
• 4.3 結(jié)果與討論70-79
• 4.3.1 PEEK和PEEK/RGO化學(xué)結(jié)構(gòu)表征70-72
• 4.3.2 RGO對PEEK分子量的影響72
• 4.3.3 RGO對PEEK晶型結(jié)構(gòu)的影響72-73
• 4.3.4 RGO對PEEK結(jié)晶度的影響73-74
• 4.3.5 RGO對PEEK熱性能的影響74-75
• 4.3.6 RGO對PEEK熱穩(wěn)定性的影響75-76
• 4.3.7 RGO對PEEK微觀形貌的影響76-77
• 4.3.8 RGO對PEEK耐磨性能的影響77-79
• 4.4 本章小結(jié)79-80
• 第五章 結(jié)論與展望80-83
• 5.1 結(jié)論80-82
• 5.2 展望82-83
• 致謝83-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果84-85
• 參考文獻(xiàn)85-96
• 附錄96-98

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 向海;凌紅;顧宜;;羧基丁腈橡膠增韌改性苯并VA嗪樹脂[J];合成樹脂及塑料;2010年06期

2 郝章來,吳麗君;聚醚醚酮的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展前景[J];化工新型材料;2004年04期

3 杜學(xué)鋒;莫越奇;;高性能苯并VA嗪基復(fù)合材料研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2007年09期

4 向海;凌紅;顧宜;;氨基丁腈橡膠改性苯并VA嗪樹脂的研究[J];化工新型材料;2010年S1期

5 班玉紅;吳兆山;孔建;楊家義;姚黎明;楊博峰;鄭國運;李鯤;俞志君;邱勇;;聚醚醚酮復(fù)合材料的性能及在通用機(jī)械中的應(yīng)用[J];流體機(jī)械;2009年05期

  本文關(guān)鍵詞：高性能聚合物納米復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：259974