收藏本站
《江西师范大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高性能聚酰亚胺基及聚苯基聚合物的制备及其性能研究

许文慧  
【摘要】:在过去几十年,随着对具有优异物理、化学以及电学性能聚合物材料需求的不断增长,合成和研究高性能聚合物受到了广泛关注,在其发展基础上,本研究对两类高性能高分子材料(聚酰亚胺和聚苯)进行了开拓性研究:(1)为解决普通聚酰亚胺材料难以加工的缺陷,通过分子结构设计,合成了一种新的单体,3,3′-(间苯)双醚二酐(3,3′-RsDPA);制备了一系列可溶/可熔的聚酰亚胺材料。以3,3′-RsDPA为单体制备的聚酰亚胺具有优异的热性能、溶解性以及可加工性能;通过共聚反应还可调节聚酰亚胺的玻璃化转变温度与熔融温度,有望应用于3D打印技术中;此外,基于聚酰亚胺的可熔融加工特性,通过共纺、热压制备了高强度电纺聚酰亚胺纳米纤维增强复合材料。(2)针对聚苯类材料分子量低以及难加工等缺点(特别是制备聚苯纤维材料),设计合成了一种新的可溶解的聚苯基低聚物(邻苯二酸封端的苯酰基取代的聚苯),通过偶联扩链的方法,结合静电纺丝技术,制备了高分子量的聚苯基高性能纳米纤维。该纤维具有优异的机械性能、热性能、以及耐化学性能,可广泛应用于高温过滤和强酸强碱环境中。主要研究内容如下:1.以3-氯代邻苯二甲酸酐和间苯二酚为原料,探究了反应时间、反应温度对3,3′-RsDPA单体合成的影响。以邻苯二甲酸酐(PA)为封端剂,将合成的3,3′-RsDPA二酐单体与不同二胺单体(TPEQ、MPD、4,4′-ODA和PDA)缩聚,经化学亚胺化,制备了一系列聚酰亚胺(PI)模塑粉;对聚酰亚胺的热性能、力学性能进行表征。结果表明:合成的聚酰亚胺具有良好的热稳定性,在空气中的5%热失重温度(T_(5%))为525~531℃,在氮气中的T_(5%)为526~538℃;玻璃化转变温度(T_g)随着二胺单体刚性的增加(TPEQ4,4′-ODAMPDPDA)从218℃升高到261℃。当二胺单体为PDA时,PI(3,3′-RsDPA-PDA)具有明显的熔融结晶行为,其熔融温度(T_m)为327℃。良好的耐热性及优异的可加工性能使该聚酰亚胺材料有望用于3D打印技术中。2.将合成的3,3′-RsDPA与3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4′-二氨基二苯醚(4,4′-ODA)以不同比例发生缩聚,以邻苯二甲酸酐(PA)为封端剂,经化学亚胺化后,制备了一系列热塑性聚酰亚胺(TPI)模塑粉。利用FT-IR、TGA、DSC及WAXD对聚酰亚胺模塑粉进行结构和性能表征。同时,研究了样品的机械性能。当3,3′-RsDPA与BPDA的摩尔比为6:4时,共聚聚酰亚胺(Co-PI)的性能最佳,其T_g为252℃,T_m为326℃,T_(5%)为546℃,拉伸强度为124±5.3MPa,弯曲强度为175±6.2 MPa。同时,该Co-PI具有一定的结晶行为,可通过3D打印技术打印成各种器件。因此,具有良好耐热性、优异机械性能及加工性能的聚酰亚胺材料有望应用于高性能塑料以及增强复合材料基底等领域。3.通过共纺两种PAA(热固性BPDA-PDA,BP-PAA和热塑性HQDA-ODA,HO-PAA),经热亚胺化处理,制备了一系列取向电纺复合PI(BP/HO)纳米纤维带;热压该电纺复合PI纳米纤维带,制备了高性能纤维增强聚酰亚胺复合材料。在热压过程中,热塑性HO-PI纳米纤维熔化,形成聚合物基体,而热固性BP-PI纳米纤维保留其纤维形貌,作为增强填料。由于纳米纤维的均匀分散和高度取向及两种PIs之间的良好相容性,所制备的纤维增强PI复合材料显示出优异的机械性能。当BP-PI含量为80 wt.%时,PI复合材料(BP/HO-8/2)有最佳的拉伸强度和模量,分别为957±18 MPa和12.32±0.32 GPa。与聚合物基体(HO-PI)相比,BP/HO-8/2的强度和模量分别增大了551%和608%;与溶液浇铸得到的共混PI(BP/HO-8/2)膜相比,分别增大了355%和148%;与相应的电纺复合PI纳米纤维带相比,分别提高了245%和396%。因此,通过共纺热塑性和热固性聚合物进行热压,是一种有效制备高性能纤维增强复合材料的方法。4.通过Ni(II)配合物催化2,5-二氯二苯甲酮和4-溴邻苯二甲酸二甲酯的交叉偶联反应,合成了四种可溶性聚苯基低聚物(PBPA);结合静电纺丝和分子偶联组装技术以及热处理,制备了PBPY/PI共混纳米纤维带。即以PBPA为组装单元,DAB为偶联剂,以PAA为载体聚合物,通过电纺PBPA/DAB/PAA的DMAc混合溶液制备PBDS/PAA前驱体纳米纤维,在前驱体纳米纤维中,PBPA和DAB分子通过胺键偶联组装;热处理后,得到PBPY/PI复合纳米纤维带。利用FT-IR和~1H-NMR对PBPA及纳米纤维进行结构表征,结果表明:成功地制备了PBPY/PI纳米纤维,其中使用PAA作为辅助电纺的载体聚合物是成功制备纳米纤维的关键。5.在制备PBPY/PI复合纳米纤维带过程中,热处理温度和DAB用量对机械性能和热性能有重要影响,分别对其进行了优化。研究发现,热处理温度为330℃,PBPA/DAB摩尔比为1:0.7时,制备的PBPY/PI复合纳米纤维带表现出优异的热性能和机械性能。T_g为348℃,空气和氮气氛中的T_(5%)高于500℃,拉伸强度为360 MPa,并且具有优异的动态热机械性能,当温度大于280℃时,储存模量仍保持在4 GPa左右。此外,PBPY/PI复合纳米纤维带还具有优异的耐化学性,在各种恶劣环境下如在沸水中及高温强酸强碱(7.14 M H_2SO_4或6 M KOH溶液中)浸泡72 h后,拉伸强度仍保持80%以上。
【学位授予单位】:江西师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O631

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩青霞;宋丽贤;张平;谷铮;黄樯;康明;黄渝鸿;;含氟二胺的合成及透明聚酰亚胺薄膜的性能研究[J];绝缘材料;2013年03期
2 王运良;于晓慧;王丽娜;贾赫;党国栋;;均苯型聚酰亚胺模塑粉的制备与性能[J];高等学校化学学报;2012年10期
3 刘燕峰;包建文;益小苏;王震;丁孟贤;;基于异构联苯二酐的热塑性聚酰亚胺性能研究[J];工程塑料应用;2012年03期
4 张敏;赵桂艳;王震;姜伟;高连勋;丁孟贤;;异构化对二苯醚二酐/二苯醚二胺聚酰亚胺结晶行为的影响[J];高分子学报;2008年03期
5 肖继君;刘玉真;宋颉;周海军;李彦涛;;2,2′,3,3′-联苯四酸二酐的合成与表征[J];石油化工;2006年07期
6 伍咏晖;李爱平;张曙;;三维打印成形技术的新进展[J];机械制造;2005年12期
7 陈步庆,林柳兰,陆齐,胡庆夕;三维打印技术及系统研究[J];机电一体化;2005年04期
8 王凯,詹茂盛,高生强,杨士勇;可熔体加工热塑性聚酰亚胺研究进展[J];宇航材料工艺;2004年03期
9 张露,张雯,张凯;热塑性聚醚酰亚胺[J];绝缘材料;2001年03期
10 吴航,郭虹,刘德辉;聚酰胺-酰亚胺耐高温材料的制备和研究[J];沈阳化工学院学报;1999年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 晏恒峰;方浩博;陈继民;;绘图仪式高速激光树脂3D打印设备研制[J];北京工业大学学报;2015年12期
2 牛世鑫;;仿古建筑的特点分析及新技术的应用[J];山西建筑;2015年35期
3 陈扬;夏晓龙;张伟彬;杨泽雨;杨欣建;;3D打印技术在硬组织领域的应用进展[J];生物骨科材料与临床研究;2015年05期
4 李莉;齐育红;张岩;巴淼;郭贺洁;奚江涛;张占平;;固化温度对聚酰胺酰亚胺涂层的结构及热稳定性的影响[J];高分子材料科学与工程;2015年08期
5 王亮;李峰博;王乐庆;盛敬莉;刘东;郭英;;高比表面均苯型聚酰亚胺的合成与研究[J];化学工程师;2015年08期
6 金嘉琦;宋君峰;孙凤;侯占山;;立体光固化成型技术的节材研究[J];机械工程师;2015年08期
7 何施;黄科舫;魏香梅;;湖北省3D打印产业发展现状及应对策略[J];科技创业月刊;2015年14期
8 陈涛;于晓东;贾茹;;常见3D打印用ABS树脂的成分和拉伸性能分析[J];塑料科技;2015年07期
9 梅媚;彭大伟;裴响林;刘婵娟;黄孝华;韦春;;含氟及非共平面结构可溶性聚酰亚胺的合成与性能研究[J];绝缘材料;2015年06期
10 赵慧文;王玮;陈国飞;李星;张鸿飞;方省众;;基于异构三苯二醚二酐的热塑性共聚酰亚胺的合成[J];工程塑料应用;2015年06期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 鲁云华;康文娟;王永飞;胡知之;;2,2-双[4-(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]砜及其聚酰亚胺的合成与性能研究[J];绝缘材料;2010年06期
2 于晓慧;赵晓刚;刘长威;党国栋;王运良;周宏伟;;用于树脂传递模塑成型的苯乙炔封端的酰亚胺预聚体制备[J];高等学校化学学报;2009年11期
3 付梅芳;范和平;;化学亚胺化聚酰亚胺的制备及其应用研究[J];绝缘材料;2009年01期
4 蒋远媛;阙正波;王晓东;黄培;;聚酰亚胺的微球化[J];高等学校化学学报;2008年10期
5 夏爱香;吕光华;邱雪鹏;丁孟贤;高连勋;;基于2,5-二(4-氨基苯)嘧啶聚酰亚胺的合成及性能表征[J];高分子学报;2007年03期
6 王凯,高生强,詹茂盛,范琳,杨士勇;热塑性聚酰亚胺研究进展[J];高分子通报;2005年03期
7 贺飞峰;聚酰亚胺的发展动向,机遇和对策[J];上海化工;2004年08期
8 王凯,詹茂盛,高生强,杨士勇;可熔体加工热塑性聚酰亚胺研究进展[J];宇航材料工艺;2004年03期
9 李晓燕,张曙;三维打印成形技术在制药工程中的应用[J];中国制造业信息化;2004年04期
10 孙建平,吴洪才,李宝铭,应祖金;侧链含偶氮苯发色团的聚酰亚胺薄膜的制备及其三阶非线性光学和光存储性能的研究[J];高等学校化学学报;2004年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗晓民;曹敏;冯见艳;葛炳辉;魏梦媛;;聚合物基超疏水涂层的制备及应用进展(1)[J];中国胶粘剂;2017年09期
2 彭浩;;聚合物基电磁屏蔽复合材料专利技术综述[J];化工管理;2016年20期
3 余传柏;韦春;;聚合物基介孔分子筛复合材料制备及应用[J];材料导报;2011年05期
4 徐睿杰;雷彩红;杨志广;刘舜莉;廖敦锃;;填充型聚合物基导热复合材料[J];宇航材料工艺;2011年06期
5 田农;薛忠民;方晓敏;张佐光;;聚合物基阻尼材料的研究现状与发展趋势[J];机械工程材料;2009年06期
6 王劲;齐(?)华;邱华;李春华;;聚合物基磁致伸缩复合材料的研究进展[J];材料导报;2008年06期
7 龚文化,曾黎明;聚合物基导电复合材料研究进展[J];化工新型材料;2002年04期
8 杨灿文;俞锡健;连潮君;;土工聚合物工程性能检测方法综述[J];路基工程;1988年03期
9 ;《过氧化物硫化》[J];橡胶译丛;1989年04期
10 黄元富;杨诚;陈明华;丁龙福;芮立;沈健;;反气相色谱法研究聚合物-探针分子间的相互作用[J];南京大学学报(自然科学版);1989年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 颜善银;苏民社;殷卫峰;;应用于天线的高介电常数聚合物基覆铜板[A];第十三届中国覆铜板技术交流会论文集[C];2012年
2 许永静;殷卫峰;杨中强;沈文斌;李威;;白炭黑添加量对埋容用高介电聚合物基板材性能的影响[A];第十六届中国覆铜板技术·市场研讨会论文集[C];2015年
3 吴丹;谢惠民;王庆华;;电致屈曲法测量金属薄膜/聚合物基底界面韧性[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年
4 任杰;;聚合物基有机无机纳米复合材料的研究与应用进展[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
5 周成飞;;聚合物基复合声学材料的研究现状及技术进展[A];2016年全国声学设计与演艺建筑工程学术会议论文集[C];2016年
6 李林科;滕婕;张洪波;宋媛;王锦艳;蹇锡高;赵明山;;新型聚合物基光波导材料成膜工艺及光学特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
7 陈林;胡小链;左立见;施敏敏;陈红征;;聚合物基太阳电池材料的设计和薄膜形貌优化[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 柳占立;;纤维/颗粒增强聚合物基复合材料力学行为的多尺度研究[A];重庆大学2013复合材料力学研讨会摘要集[C];2013年
9 许欢欢;王超展;卫引茂;;聚合物基硼酸亲和材料制备及其对核苷的分离富集[A];第二十届全国色谱学术报告会及仪器展览会论文集(第四分册)[C];2015年
10 朱光明;高守超;王浩;马小燕;;聚合物基PTC材料的发展及其应用[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 孙瑞华;瓦克将在南京建聚合物基地[N];中国化工报;2007年
2 张裕;荷兰研制高性能新型化纤[N];中国纺织报;2003年
3 记者 骆耀明 通讯员 郑天雷;引外地才 发本地财[N];徐州日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许文慧;高性能聚酰亚胺基及聚苯基聚合物的制备及其性能研究[D];江西师范大学;2018年
2 林晶晶;聚合物/介孔硅功能复合材料的制备及性能研究[D];北京化工大学;2008年
3 李建立;新型聚合物基定形相变材料的制备和应用模拟研究[D];北京化工大学;2009年
4 薛秀丽;沉积在聚合物基底上微纳米金属薄膜的屈曲和断裂行为研究[D];天津大学;2014年
5 葛圆圆;偏高岭土地质聚合物基重金属离子吸附剂的制备及其性能研究[D];广西大学;2015年
6 李晓丽;聚合物基新型复合吸附材料的制备及对水体中重金属污染物的吸附性能研究[D];兰州大学;2013年
7 武文玲;不同维度导电聚合物基电极材料的制备及其电化学性能研究[D];兰州大学;2016年
8 童彬;聚合物基离子交换膜的制备、表征与应用[D];中国科学技术大学;2016年
9 任粒;聚合物基功能复合材料的设计、制备及介电和磁性能研究[D];北京科技大学;2016年
10 滕婕;聚合物基光波导器件研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘娇;聚合物纳米载体口服给药与肠道黏液作用机制的研究[D];青岛大学;2018年
2 李维;水对碱激发地质聚合物微观结构及性能的影响[D];广西大学;2018年
3 刘凯良;固态锂空气电池用新型聚合物基复合电解质的研究[D];青岛科技大学;2017年
4 张燕春;聚合物基废弃物复合材料的制备与老化研究[D];昆明理工大学;2004年
5 周琨;导电型聚合物基废弃物复合材料的开发研究[D];昆明理工大学;2006年
6 郭文峰;新型多省并醌高介电聚合物的合成研究[D];电子科技大学;2017年
7 李硕;地聚合物基路面修补材料的制备及性能研究[D];重庆大学;2008年
8 丁文赢;新型聚合物基定形相变蓄热材料的制备及性能表征[D];北京化工大学;2009年
9 祝芳南;聚合物基碳纳米管复合材料的制备和性能研究[D];南昌大学;2009年
10 吴静;新型地聚合物基建筑材料的研究[D];武汉理工大学;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026