聚芳醚/纳米碳复合材料的制备及性能研究

【摘要】： 纳米碳材料,如碳纳米管、石墨烯,因其独特的结构及优异的性能成为复合材料的理想填料。本论文将纳米碳引入到聚芳醚基体,从实现纳米单元在基体中的均匀分散及改善界面作用角度出发,立足于提高聚芳醚聚合物的基本性能,探索了复合材料的功能性,对一系列聚芳醚/纳米碳复合材料进行了研究。 首先采用熔融共混的方法制备了碳纳米管/聚醚醚酮复合材料,研究发现,经混酸处理的碳纳米管经磺化聚醚醚酮修饰后,与聚醚醚酮共混制得的复合材料界面性能有了很大改善,碳纳米管与树脂基体间的作用增强,力学性能提高,结晶温度表现为低含量时增加,高含量时降低。 碳纳米管具有优异的导电性能,是制备导电复合材料的理想导电剂。而碳纳米管完整的管结构,更有利于电子的传输。因此,与聚醚醚酮基体有较好相容性的聚醚砜包覆改性的碳纳米管,可以保持管结构完整性的同时促进碳纳米管在基体中的分散。研究发现,改性碳纳米管添加到一定量后,复合材料的体积电阻突降。当采用不同熔融指数的聚醚醚酮作为基体时,由于碳纳米管在熔体中分散难易程度的不同,使得复合材料的体积电阻不同。 碳纳米管的成本相对较高,大规模应用受到很大限制。近年来,可以通过石墨解离制备的石墨烯,因其不逊于碳纳米管的性能,低廉的成本,成为复合材料研究的热点。由于氧化石墨烯可以溶解在多种溶剂中,所以溶液成膜法是制备其复合材料的一种行之有效的方法。我们将化学方法制备的氧化石墨烯经磺化聚醚醚酮功能化后与聚醚砜溶液混合制备复合材料。研究表明,石墨烯的加入,提高了复合材料膜的力学性能。 石墨烯大的比表面积,高的导电率,成为新能源材料的理想选择。利用溶液成膜法制备了不同含量的磺化聚醚醚酮/氧化石墨烯复合材料。将高含量的氧化石墨烯的磺化聚醚醚酮复合膜还原后作为超级电容器的电极,与其他含量的磺化聚醚醚酮/氧化石墨烯复合膜组装成超级电容器,电化学测试表现出良好的双电层电容特性。