熱致性液晶聚酯酰亞胺-聚醚酰亞胺原位復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、聚醚酰亞胺(PEI)是一種綜合性能優(yōu)異的高性能熱塑性工程塑料，它的玻纖和碳纖維增強(qiáng)品種都已商品化，但由于其加工性能較差，致使實(shí)際應(yīng)用受到限制。熱致液晶聚合物(TLCP)是近十幾年發(fā)展起來的一類具有高強(qiáng)度、高模量和優(yōu)異加工性能的新型高分子材料，將TLCP與PEI進(jìn)行原位復(fù)合，能有效地降低基體高分子的粘度，在改善PEI加工性能的同時(shí)，得到高模量高性能的原位復(fù)合材料。
　　 本論文首先合成了一系列新型的熱致液晶聚酯酰亞胺聚合物(TLC

2、PEI)，然后采用熔融擠出、注塑成型的工藝制備了TLCPEI/PEI原位復(fù)合材料，并用熱重分析儀(TGA)、力學(xué)性能測(cè)試、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMTA)、差式掃描量熱法(DSC)、掃描電鏡(SEM)、轉(zhuǎn)矩流變儀、毛細(xì)管流變儀等分析測(cè)試手段對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能、力學(xué)性能、相容性、微觀形態(tài)、流變行為進(jìn)行了表征，結(jié)果表明在不使用增容劑、TLCPEI添加量少的條件下，獲得了具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性、優(yōu)異物理機(jī)械性能的新型原位復(fù)合材料。具體內(nèi)容包括以下四個(gè)部

3、分：
　　 第一部分文獻(xiàn)綜述
　　 對(duì)熱致液晶聚酯酰亞胺的特性、合成方法、表征手段等進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)闡述了熱致液晶原位復(fù)合材料的制備、物理機(jī)械性能、相容性、微觀形貌、流變行為等，在詳細(xì)綜述TLCP/PEI原位復(fù)合材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出了本論文的目的、意義、構(gòu)思及創(chuàng)新性。
　　 第二部分 TLCPEI的合成及結(jié)構(gòu)性能表征
　　 通過分子設(shè)計(jì)，采用改進(jìn)的Higashi縮聚法，實(shí)施分步投料的方式，合成出了鏈

4、序列結(jié)構(gòu)相對(duì)明確且可控的兩類不同系列熱致液晶聚酯酰亞胺共聚物，即：含芳酮基系列TLCPEI(PIDB33、PIDB50)和含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)系列TLCPEI(PIDN33、PIDN50)。采用紅外光譜(IR)、核磁譜圖(1HNMR)對(duì)TLCPEI的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用烏式粘度計(jì)測(cè)定了其特性粘數(shù)，采用偏光顯微鏡(PLM)、SEM、DSC、廣角X-射線衍射儀(WAXD)和TGA分別對(duì)TLCPEI的成纖性、結(jié)晶熔融行為、熱穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，結(jié)果表

5、明得到了預(yù)期目標(biāo)的產(chǎn)物，且合成得到的TLCPEI都具有優(yōu)異成纖性、較高的強(qiáng)度、較低的熔融加工溫度和良好的熱穩(wěn)定性。
　　 第三部分含芳酮基TLCPEI(PIDB系列)/PEI原位復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與特性的研究
　　 采用熔融共混的方法，通過雙螺桿擠出、注塑成型的傳統(tǒng)工藝，經(jīng)優(yōu)選合理的工藝參數(shù)，制備了含芳酮基TLCPEI(PIDB)/PEI原位復(fù)合材料，并對(duì)其熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、相容性、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變行為等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

6、
　　 TG測(cè)試結(jié)果顯示：液晶聚合物PIDB的加入能夠保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性，且還使復(fù)合體系的起始熱分解溫度隨液晶聚合物的加入有不同程度的提升。
　　 力學(xué)性能的研究結(jié)果表明：PIDB33、PIDB50的加入，均使復(fù)合體系拉伸性能顯著提高，起到了所期望的原位增強(qiáng)的效果，其中PIDB33對(duì)體系拉伸性能的增強(qiáng)程度要優(yōu)于PIDB50；PIDB的加入對(duì)復(fù)合體系彎曲模量、彎曲強(qiáng)度的增強(qiáng)比之PEI基體增長(zhǎng)了約10％；但PIDB

7、的加入，也使復(fù)合體系的沖擊性能略有下降。
　　 相容性的研究結(jié)果表明：PIDB33與PEI基體只是部分相容，而PIDB50與基體的相容性好于PIDB33。DMTA測(cè)試顯示：從PIDB50加入量5wt％開始，PIDB50/PEI復(fù)合體系只顯示出一個(gè)相的Tg峰；DSC的測(cè)試結(jié)果也顯示復(fù)合體系的Tg從PEI基體的218℃降到了208℃，向低溫移動(dòng)了10℃。
　　 微觀形態(tài)的觀察結(jié)果顯示：PIDB33、PIDB50在復(fù)合材料體系

8、中都表現(xiàn)出液晶良好的成纖性，起到了增強(qiáng)材料的作用；同時(shí)，也呈現(xiàn)出復(fù)合材料韌脆轉(zhuǎn)變的形貌特征，這說明PIDB的加入，一方面提高了復(fù)合體系的強(qiáng)度，另一方面也降低了PEI基體原有的部分韌性。
　　 流變行為的測(cè)試結(jié)果證實(shí)了液晶高分子作為加工助劑的作用，即液晶聚合物PIDB的加入，降低了復(fù)合材料體系的熔融粘度，使材料更易于加工成型，且添加PIDB50更利于改善復(fù)合體系熔體的流動(dòng)性。
　　 第四部分含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)TLCPEI(PI

9、DN系列)/PEI原位復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與特性的研究
　　 采用熔融共混的方法，通過雙螺桿擠出、注塑成型的傳統(tǒng)工藝，經(jīng)優(yōu)選合理的工藝參數(shù)，制備了含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)TLCPEI(PIDN)/PEI原位復(fù)合材料，并對(duì)其熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、相容性、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變行為等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 TG測(cè)試結(jié)果顯示：PIDN50的加入能夠保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性；PIDN33的加入不但能很好地保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性，而且使復(fù)合體

10、系的起始熱分解溫度隨液晶聚合物的加入有不同程度的提高，且添加少量的PIDN33還有助于提高其熱穩(wěn)定性。
　　 力學(xué)性能的研究結(jié)果表明：液晶聚合物PIDN的加入，可以提高復(fù)合體系的拉伸性能，對(duì)PEI基體起到原位增強(qiáng)的作用；與一般文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)果不同的是，PIDN的加入有利于提高復(fù)合體系的拉伸斷裂伸長(zhǎng)率，表現(xiàn)出顯著的增韌效果，PIDN33/PEI更是隨液晶聚合物添加量的增大，復(fù)合體系的斷裂伸長(zhǎng)率大幅升高；PIDN的加入可以提高復(fù)合

11、體系的彎曲性能，其中PIDN50的增強(qiáng)效果要高于PIDN33； PIDN/PEI的缺口沖擊強(qiáng)度的變化趨勢(shì)同其拉伸斷裂伸長(zhǎng)率的變化相類似，說明PIDN對(duì)復(fù)合體系增強(qiáng)的同時(shí)也起到了增韌的作用。
　　 相容性的研究結(jié)果表明：PIDN33與PEI基體具有良好的相容性，在液晶添加量為2 wt％時(shí)，PIDN33與PEI達(dá)到一定程度的熱力學(xué)相容；而PIDN50與PEI基體只是部分相容。
　　 微觀形態(tài)的觀察結(jié)果顯示：PIDN33、PI