聚苯腈树脂及其纳米复合材料的制备及性能研究

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做为耐热高分子材料中的一员,聚苯腈具有优异的机械性能和阻燃性能,可广泛应用于航空航天、微电子等领域,开发新型苯腈树脂进一步提高聚苯腈综合性能成为研究热点。纳米金刚石(ND)因其良好耐磨性、低摩擦系数、高硬度、良好的导热性、优异的化学及热稳定性等诸多优异特性。选用纳米金刚石制备聚苯腈纳米复合材料,可进一步提高聚苯腈的综合性能。为了提高纳米金刚石在基体中的分散性,本实验对纳米金刚石进行了化学改性。在混合浓酸(H2SO4:HNO3=3:1)中对ND进行酸化改性,并通过FTIR、TGA等测试手段对表面功能化的ND进行了分析,结果表明在ND表面接枝上了羧基基团,且羧基化纳米金刚石ND-COOH其热性能好于未处理的ND。实验制备出R-CN型聚苯腈纳米复合材料,并对其进行DMA和TGA分析,得到结论:纳米金刚石改性的聚苯腈性能有所提高,复合材料在1000℃下氮气中的残炭率高于73%;430℃之前未发生明显的玻璃化转变,且当纳米金刚石含量为1wt.%时,复合材料的热稳定性和热机械性能最佳。通过在4-硝基邻苯二甲腈(NPN)和萘二酚(2,7-二羟基萘2,7-DHN,1,6-二羟基萘1,6-DHN,1,5-二羟基萘1,5-DHN)合成新型含萘基苯腈单体,并在4,4′-二氨基二苯醚(ODA)参与下通过两步法(预聚和后固化)制备聚苯腈树脂。所得产物具有良好的耐热性能,2,7-BDCN和1,6-BDCN两种聚合物在氮气和空气中起始分解温度(Tid)均高于488℃,氮气条件下1000℃残炭率高达75%以上;其中1,6-BDCN聚合物具有良好的抗氧化稳定性,可在400℃保持长时间的结构稳定性;三种聚合物在470℃以下没有发生玻璃化转变,室温下储能模量高于3GPa,表现出极好的热机械性能。实验通过引入芳香醚柔性链段改性含萘基单体,制备出六种含萘基低熔点型苯腈单体及其聚合物,并对其进行合成、加工性能、耐热性、玻璃化转变温度的测试。结果表明:固化加工窗口为125-155℃,改善了原有单体加工性能差的缺点;六种固化后的树脂起始分解温度都高于465℃,残炭率高于75%,表现出了良好的耐热性能;380℃时未发生玻璃化转变,表现出优异的热机械性能。
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