碳納米管的Friedel-Crafts?；捌渚埘啺窂?fù)合纖維研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)纖維作為高性能纖維之一，具有優(yōu)異的耐熱性和極高的理論強(qiáng)度，但受限于加工工藝等條件，目前PI纖維的實(shí)際強(qiáng)度僅有400MPa，遠(yuǎn)低于其理論強(qiáng)度（5.8GPa），極大制約了其應(yīng)用領(lǐng)域；另外在一些極端場合，對(duì)PI纖維的耐熱性提出了更高的要求。如何進(jìn)一步提升 PI纖維的實(shí)際強(qiáng)度，同時(shí)提高其耐熱性，已成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在PI中加入納米填料是提高PI材料性能常用且非常有效的方法之一。其中，具有大長徑比的碳納米管，以其優(yōu)異的機(jī)械性能

2、和熱穩(wěn)定性作為納米填料而備受青睞。然而碳納米管的化學(xué)活性低，與PI基體的界面作用力較弱，且隨著PI材料使用時(shí)間的延長或者使用溫度的上升，界面作用力會(huì)進(jìn)一步減弱，未經(jīng)修飾的碳納米管難以充分發(fā)揮其填充，將碳納米管功能化可以強(qiáng)化其與樹脂基體間的界面作用力從而有效地提升其對(duì)PI纖維的增強(qiáng)與提高熱性能效果。
　　本文通過Friedel-Crafts酰基化反應(yīng)對(duì)碳納米管進(jìn)行功能化(f-MWCNTs)，制備了具有不同含量f-MWCNTs的聚酰胺

3、酸（PAA）和PI復(fù)合材料，研究了f-MWCNTs對(duì)PI復(fù)合纖維的力學(xué)性能和熱性能的影響。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)在180℃的條件下以二甲亞砜做溶劑、以無水三氯化鋁做催化劑，將酸酐封端的PI分子鏈與多壁碳納米管(MWCNTs)混合使其發(fā)生Friedel-Crafts?；磻?yīng)，制備出f-MWCNTs；同時(shí)以直接酸化法制備了酸化碳納米管(c-MWCNTs)。對(duì)f-MWCNTs和c-MWCNTs進(jìn)行系列的測試表征，結(jié)果表明

4、，接枝了PI分子鏈的f-MWCNTs具有更好的結(jié)構(gòu)完整性和更高的初始分解溫度。
　　(2)通過原位聚合法分別制備了含有f-MWCNTs和MWCNTs的PAA，鋪膜后研究碳納米管對(duì)PAA熱亞胺化的影響以及對(duì)PAA力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，MWCNTs使PAA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降5℃和亞胺化溫度下降10℃，也使PAA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降5℃和亞胺化溫度下降10℃，同時(shí)將PAA的楊氏模量和斷裂強(qiáng)度分別提高了16％和30%。f-MWCNT

5、s的加入使PAA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升10℃℃和亞胺化溫度上升15℃，斷裂強(qiáng)度提高了39%。它的楊氏模量提高了146%，增強(qiáng)效果明顯高于MWCNTs。
　　(3)利用濕法紡絲制備聚酰亞胺/碳納米管復(fù)合纖維，測試表明f-MWCNTs在PI纖維中具有良好的分散性，同時(shí)PI纖維從原來的脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂。PI/f-MWCNTs(1 wt.%)復(fù)合纖維的拉伸強(qiáng)度為818.3 MPa，比純PI纖維高81%，楊氏模量為9.26 GPa，比純