高性能聚芳醚腈基介电复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-03-10 20:48
在聚合物基功能复合材料的研究愈发深入的情况下,航空航天、电子电器、微电子等行业对材料综合性能的要求也越来越高。除了质量轻、机械强度高等基本特点外,还要求良好的热稳定性及优异的介电性能。本文主要以高性能聚芳醚腈作为聚合物基体,钛酸铜钙及氧化石墨烯作为功能填料借助于连续超声分散技术结合溶液流延成膜法制备聚芳醚腈基介电复合材料,并对其结构与性能进行研究。首先,采用过氧化氢对钛酸铜钙进行表面羟基化处理后制备了聚芳醚腈/钛酸铜钙复合材料。红外光谱检测结果发现处理后的钛酸铜钙在3439 cm-1处出现了明显的羟基峰。复合材料的拉伸强度及断裂伸长率均随钛酸铜钙质量分数的增加而下降,但依然处于较高水平。复合材料的玻璃化转变温度均高于170℃,T5%超过500℃,Tmax维持在530℃左右。随钛酸铜钙质量分数的增加（0 wt%至60 wt%）,复合材料的介电常数从2.86增长至6.31,损耗低于0.03。其次,引入氧化石墨烯作为导电填料制备聚芳醚腈/氧化石墨烯复合材料。实验发现复合材料的介电常数随着氧化石墨烯含量的增加明显提升,但介电损耗...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚芳醚腈（PEN-ID300）的结构式
在的条件下表现出较低的熔融温度并且会产生不溶性的产物。1993年，Matsuo等人[14]指出聚芳醚腈可以在体系处于200℃下时在N-甲基吡咯烷酮中通过2，6-二氯苯腈与间苯二酚进行缩聚反应制得。较高的反应温度主要是为了获得分子量较高的聚合物。近十几年来，随着聚合物的合成方法及手段的不断成熟以及国内化工原材料行业的快速发展使得多数化工原材料制品的产量与纯度的大大提升且价格迅速下降，聚芳醚腈的主要合成方法转变为采用二元酚单体（HO-Ar-OH）与2，6-二氯苯腈或2，6-二氟苯腈通过亲核取代反应制备而成。主要合成反应如图1-2所示[15]。值得注意的是，通过改变二元酚的种类可以制备出一系列结构不同的聚芳醚腈，结构的变化会使得聚芳醚腈的性能有一定的差异。关于聚芳醚腈结构与性能的变化将在后文中进行主要论述。图1-2聚芳醚腈的合成路线
重庆理工大学硕士学位论文41.1.3聚芳醚腈的结构与性能聚芳醚腈作为一种线性的芳香高分子化合物，其分子主链上携带有数量众多的芳环和醚键，侧链上含有强极性的氰基，如图1-3所示[16]。由于氰基并不在聚芳醚腈的主链上，几乎不影响聚合物的加工成型。此外，氰基之间会产生偶极-偶极相互作用使得聚芳醚腈具有优异的综合性能。更为重要的是，通过三聚加成反应可以使得氰基侧基之间形成稳定的三嗪环结构，对聚芳醚腈的高热稳定性做出了重要贡献[17,18]。图1-3聚芳醚腈的结构通式上一小节对聚芳醚腈合成路线的研究结果表明，采用不同种类的二元酚单体与2，6-二氯苯腈或2，6-二氟苯腈通过亲核取代反应可制备出不同结构的聚芳醚腈，结构的差异使得聚芳醚腈表现出不同的性能，如表1-1所示[19,20]。其中联苯二酚型（BP）、双酚S型（SDP）、酚酞型（PP）和2，7-萘二酚型（ND）聚芳醚腈的玻璃化转变温度均高于200℃，这是由于采用的二元酚单体的结构不同，且分子主链上携带的大量芳环提升了聚合物的刚性，使得分子链段在吸收更多的能量的情况下才能产生相对运动。而因为间苯二酚型（RS）、对苯二酚型（HQ）、双酚A型（BPA）和2，7-萘二酚型（ND）聚芳醚腈的分子结构较为规整，结晶度较高，所以均具有高于340℃的熔融温度。从表1-1中还可知，这些不同种类的聚芳醚腈均具有超过450℃的热分解温度，而且BP型聚芳醚腈的分解温度高达556℃。对比不同结构聚芳醚腈机械性能的表现情况可知，所有类型的聚芳醚腈拉伸强度均高于80MPa，且除了BPA型以外，其他拉伸强度均在100MPa以上，其中BP型的拉伸强度达到了155MPa。此外，优异的耐化学腐蚀、耐冲击、抗疲劳、耐磨性以及阻燃特性使得聚芳醚腈工程塑料在航空航天、轨道交通、核能发电、军工制造等领域具有广泛的应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚芳醚腈结构与性能的研究进展[J]. 蒲泽军,唐海龙,童丽芬,冯梦娜,王盼,贾坤,刘孝波. 中国材料进展. 2015(12)
[2]主链含芳基均三嗪环结构杂萘联苯共聚芳醚腈的结构与性能[J]. 王锦艳,刘程,卢冬明,宗立率,蹇锡高. 高分子学报. 2012(11)
[3]聚芳醚腈连续纤维增强复合材料制备与性能研究[J]. 温汉东,钟家春,杨建,刘孝波. 塑料工业. 2011(08)
[4]玻纤/石墨/聚芳醚腈复合材料的制备与性能[J]. 詹迎青,钟家春,刘孝波. 塑料工业. 2010(01)
[5]聚芳醚腈/双邻苯二甲腈树脂共混改性与性能研究[J]. 雷雅杰,左芳,赵睿,刘孝波. 材料工程. 2009(S2)
[6]Dependence of dielectric properties on BT particle size in EP/BT composites[J]. YANG Xiaojun, YANG Zhimin, MAO Changhui, and DU Jun Advanced Electronic Materials Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China. Rare Metals. 2006(S2)
[7]聚芳醚腈共聚物的合成与性能[J]. 张军华,米军,刘孝波. 合成化学. 1999(01)
[8]特种工程塑料──聚芳醚腈[J]. 张连来,顾宜,江璐霞,蔡兴贤. 中国塑料. 1995(03)
博士论文
[1]荧光聚芳醚腈的结构与性能研究[D]. 王盼.电子科技大学 2019
[2]含羧基侧基聚芳醚腈的合成及其功能复合材料研究[D]. 唐海龙.电子科技大学 2015
[3]聚芳醚腈共聚物及其介电功能复合材料研究[D]. 钟家春.电子科技大学 2011
[4]含芳基均三嗪环耐高温聚合物的研究[D]. 喻桂朋.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]石墨烯-碳纳米管三维纳米材料的构筑及其与聚芳醚腈复合材料研究[D]. 汪佳玲.电子科技大学 2018
[2]聚芳醚腈的结晶及其性能研究[D]. 杨伟.电子科技大学 2015
[3]自增韧增强高分子量交联型聚芳醚腈及其复合材料[D]. 邹延珂.电子科技大学 2013
[4]官能侧基化聚芳醚腈的合成与性能研究[D]. 杨建.电子科技大学 2013
[5]钛酸铜钙/聚酰亚胺高介电常数耐高温复合材料的制备及性能研究[D]. 周涛.北京化工大学 2009
[6]聚芳醚腈/碳纳米管复合材料的制备与性能研究[D]. 罗道文.电子科技大学 2007
本文编号：3075260
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚芳醚腈（PEN-ID300）的结构式
在的条件下表现出较低的熔融温度并且会产生不溶性的产物。1993年，Matsuo等人[14]指出聚芳醚腈可以在体系处于200℃下时在N-甲基吡咯烷酮中通过2，6-二氯苯腈与间苯二酚进行缩聚反应制得。较高的反应温度主要是为了获得分子量较高的聚合物。近十几年来，随着聚合物的合成方法及手段的不断成熟以及国内化工原材料行业的快速发展使得多数化工原材料制品的产量与纯度的大大提升且价格迅速下降，聚芳醚腈的主要合成方法转变为采用二元酚单体（HO-Ar-OH）与2，6-二氯苯腈或2，6-二氟苯腈通过亲核取代反应制备而成。主要合成反应如图1-2所示[15]。值得注意的是，通过改变二元酚的种类可以制备出一系列结构不同的聚芳醚腈，结构的变化会使得聚芳醚腈的性能有一定的差异。关于聚芳醚腈结构与性能的变化将在后文中进行主要论述。图1-2聚芳醚腈的合成路线
重庆理工大学硕士学位论文41.1.3聚芳醚腈的结构与性能聚芳醚腈作为一种线性的芳香高分子化合物，其分子主链上携带有数量众多的芳环和醚键，侧链上含有强极性的氰基，如图1-3所示[16]。由于氰基并不在聚芳醚腈的主链上，几乎不影响聚合物的加工成型。此外，氰基之间会产生偶极-偶极相互作用使得聚芳醚腈具有优异的综合性能。更为重要的是，通过三聚加成反应可以使得氰基侧基之间形成稳定的三嗪环结构，对聚芳醚腈的高热稳定性做出了重要贡献[17,18]。图1-3聚芳醚腈的结构通式上一小节对聚芳醚腈合成路线的研究结果表明，采用不同种类的二元酚单体与2，6-二氯苯腈或2，6-二氟苯腈通过亲核取代反应可制备出不同结构的聚芳醚腈，结构的差异使得聚芳醚腈表现出不同的性能，如表1-1所示[19,20]。其中联苯二酚型（BP）、双酚S型（SDP）、酚酞型（PP）和2，7-萘二酚型（ND）聚芳醚腈的玻璃化转变温度均高于200℃，这是由于采用的二元酚单体的结构不同，且分子主链上携带的大量芳环提升了聚合物的刚性，使得分子链段在吸收更多的能量的情况下才能产生相对运动。而因为间苯二酚型（RS）、对苯二酚型（HQ）、双酚A型（BPA）和2，7-萘二酚型（ND）聚芳醚腈的分子结构较为规整，结晶度较高，所以均具有高于340℃的熔融温度。从表1-1中还可知，这些不同种类的聚芳醚腈均具有超过450℃的热分解温度，而且BP型聚芳醚腈的分解温度高达556℃。对比不同结构聚芳醚腈机械性能的表现情况可知，所有类型的聚芳醚腈拉伸强度均高于80MPa，且除了BPA型以外，其他拉伸强度均在100MPa以上，其中BP型的拉伸强度达到了155MPa。此外，优异的耐化学腐蚀、耐冲击、抗疲劳、耐磨性以及阻燃特性使得聚芳醚腈工程塑料在航空航天、轨道交通、核能发电、军工制造等领域具有广泛的应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚芳醚腈结构与性能的研究进展[J]. 蒲泽军,唐海龙,童丽芬,冯梦娜,王盼,贾坤,刘孝波. 中国材料进展. 2015(12)
[2]主链含芳基均三嗪环结构杂萘联苯共聚芳醚腈的结构与性能[J]. 王锦艳,刘程,卢冬明,宗立率,蹇锡高. 高分子学报. 2012(11)
[3]聚芳醚腈连续纤维增强复合材料制备与性能研究[J]. 温汉东,钟家春,杨建,刘孝波. 塑料工业. 2011(08)
[4]玻纤/石墨/聚芳醚腈复合材料的制备与性能[J]. 詹迎青,钟家春,刘孝波. 塑料工业. 2010(01)
[5]聚芳醚腈/双邻苯二甲腈树脂共混改性与性能研究[J]. 雷雅杰,左芳,赵睿,刘孝波. 材料工程. 2009(S2)
[6]Dependence of dielectric properties on BT particle size in EP/BT composites[J]. YANG Xiaojun, YANG Zhimin, MAO Changhui, and DU Jun Advanced Electronic Materials Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China. Rare Metals. 2006(S2)
[7]聚芳醚腈共聚物的合成与性能[J]. 张军华,米军,刘孝波. 合成化学. 1999(01)
[8]特种工程塑料──聚芳醚腈[J]. 张连来,顾宜,江璐霞,蔡兴贤. 中国塑料. 1995(03)
博士论文
[1]荧光聚芳醚腈的结构与性能研究[D]. 王盼.电子科技大学 2019
[2]含羧基侧基聚芳醚腈的合成及其功能复合材料研究[D]. 唐海龙.电子科技大学 2015
[3]聚芳醚腈共聚物及其介电功能复合材料研究[D]. 钟家春.电子科技大学 2011
[4]含芳基均三嗪环耐高温聚合物的研究[D]. 喻桂朋.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]石墨烯-碳纳米管三维纳米材料的构筑及其与聚芳醚腈复合材料研究[D]. 汪佳玲.电子科技大学 2018
[2]聚芳醚腈的结晶及其性能研究[D]. 杨伟.电子科技大学 2015
[3]自增韧增强高分子量交联型聚芳醚腈及其复合材料[D]. 邹延珂.电子科技大学 2013
[4]官能侧基化聚芳醚腈的合成与性能研究[D]. 杨建.电子科技大学 2013
[5]钛酸铜钙/聚酰亚胺高介电常数耐高温复合材料的制备及性能研究[D]. 周涛.北京化工大学 2009
[6]聚芳醚腈/碳纳米管复合材料的制备与性能研究[D]. 罗道文.电子科技大学 2007
本文编号：3075260
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