多层复合纳米片在树脂基复合材料中的应用研究

发布时间：2020-05-08 06:28

【摘要】：Janus颗粒是集不同化学组分/性质于一体,在功能/结构上严格分区的各向异性材料。Janus颗粒表面具有不同的化学基团,为设计复杂的多功能性材料提供了基础。本文旨在Janus纳米片不同化学分区选择性修饰功能性聚合物或基团,制备出多层结构复合纳米片,将其作为功能填料应用到树脂基复合材料中,研究其在复合体系中的分布以及对材料的内部结构和机械性能的影响。主要研究内容如下:1、Janus复合纳米片在热固性树脂-环氧树脂/液态丁腈橡胶(EP/LNBR)共混体系中的应用研究。通过乳液界面溶胶凝胶方法合成一侧为氨基,另一侧为硅羟基的无机Janus纳米片。将末端为酰氯的端羧基丁腈橡胶(CTBN)选择性接枝到Janus纳米片的氨基一侧,利用甲胺对CTBN末端残余的羧基与酰氯封端,得NBR JN。随后在NBR JN另一侧的硅羟基上引入环氧基团,得到EP/NBR JN。EP/NBR JN对EP和LNBR表现出双亲性,将其作为增容剂引入到EP/LNBR的共混体系中。在熔融共混的过程中,EP/NBR JN会自发地迁移到两相界面上,其中EP一侧参与EP的固化反应。EP/NBR JN降低LNBR的相区尺寸,提高界面的稳定性。通过拉伸、冲击、弯曲试验,研究了EP/NBR JN添加量和LNBR/EP比例对复合材料机械性能的影响。在EP/NBR JN的作用下,应力可以更容易地在EP相和LNBR相之间互相传递,从而提升了材料的韧性与强度。2、Janus复合纳米片在热塑性树脂-聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯乙烯(PMMA/PS)共混体系中的应用研究。在无机Janus纳米片的氨基一侧选择性修饰ATRP引发剂,再引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)在该侧聚合,并对该侧末端的活性基团利用NaN_3封端,得到PMMA JN。随后,在PMMA JN的硅羟基一侧引入氨基,通过类似方法聚合得到PS层,进而得到PMMA/PS JN。将PMMA/PS JN作为增容剂,分别通过溶液共混法和熔融共混法对PMMA/PS共混体系进行增容改性。在溶剂共混中,通过改变PMMA/PS JN的用量调节PMMA/PS两相相区的尺寸与形貌,得到稳定的双连续结构。在熔融共混中,PMMA/PS JN在剪切场作用下诱导PMMA/PS复合材料取向,获得仿贝壳层状复合材料。通过拉伸试验,比较不同PMMA/PS JN添加量对复合材料机械性能的影响。PMMA/PS JN对PMMA和PS双亲,且增强了二者之间的连接,从而材料的韧性与强度均得到提高。3、多层复合纳米片在热固性树脂-EP体系中的应用研究。将无机Janus纳米片的硅羟基一侧改性为氨基后,通过酰胺化反应使纳米片两侧同时接枝CTBN,得到CTBN复合纳米片。利用CTBN链末端的羧基与经过处理的偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)结合,再引发少量的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)聚合,得到多层PGMA-CTBN复合纳米片。多层PGMA-CTBN复合纳米片两侧接枝橡胶,具有增韧功能。同时,外表面接枝的少量GMA参与EP体系的固化反应。将多层PGMA-CTBN复合纳米片引入到EP体系,复合纳米片在剪切力作用下呈有序取向排列,诱导EP体系形成仿贝壳层状结构。通过拉伸试验,比较了多层PGMA-CTBN复合纳米片添加量以及剪切处理对复合材料机械性能的影响。多层PGMA-CTBN复合纳米片两侧含有橡胶,同时两侧均可以参与EP的固化反应,因此材料的韧性与强度均有所提升。
【图文】：

图 1.1 Janus 纳米材料的典型形貌从形貌上看，两侧高度不对称的特性使得 Janus 颗粒具备特殊的空间效应性可以被用来研究自组装及靶向识别等。多种多样的 Janus 颗粒大致可以分

图 1.3 CdS/FePt Janus 颗粒制备示意图kubo 课题组[14-19]在利用聚合物之间相分离的方法制备 Janus 颗粒方面。将线性的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于甲苯
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB332

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本文编号：2654272