聚芳醚腈的結晶及其性能研究.pdf

1、結晶型聚芳醚腈較非結晶型聚芳醚腈擁有更好的耐熱性和力學性能，但目前對其研究較少。本文對間苯二酚型聚芳醚腈（RS-PEN）的等溫結晶行為，在受限空間中剪切誘導結晶，MWNTs填充RS-PEN后做聯(lián)苯二酚型聚芳醚腈（BP-PEN）基體的成核劑三個方面進行了研究。
　　首先，利用DSC研究了RS-PEN的結晶溫度，等溫熔融結晶、冷結晶動力學和融化行為。PEN理想的熔融結晶溫度范圍從245 oC到260 oC，冷結晶溫度范圍從220 oC

2、至235 oC。隨著等溫熔融結晶溫度和冷結晶溫度的增加，PEN的熔點(Tm)增加不是很明顯，也就是結晶溫度對晶體厚度影響不大。在等溫熔融結晶和冷結晶的結晶過程中都發(fā)生了二次結晶，且熔融結晶溫度較高時二次結晶變得越來越明顯，但對于等溫冷結晶，二次結晶只在溫度較低時明顯。理論計算得出Avrami指數(shù)n的值接近于2，預示熔融結晶和冷結晶過程主結晶階段晶體是一維生長的，而不是通常情況下的三維生長，結晶活化能(ΔE)分別為18.223 kJ/mo

3、l，18.127 kJ/mol。根據(jù)Hoffman-Week定律計算得出熔融結晶和冷結晶所得晶體平衡熔化溫度分別為337.4 oC和338.3 oC，兩個結果非常接近。樣品刻蝕后的SEM照片顯示PEN晶體呈細長的纖維狀，直徑大約是20 nm到30 nm,長度范圍從1μm到10μm，與Avrami方程分析結果相符。同時實驗表明了PEN的結晶具有記憶效應，即完全熔融后再結晶時會在之前晶體所在位置生成相同的晶體。
　　其次，用熱堿法把M

4、WNTs的端口打開，將RS-PEN配制成極稀溶液，利用毛細管作用把PEN填充進MWNTs內腔中。TEM照片顯示PEN連續(xù)緊密的完全填滿了MWNTs的內腔。DSC和選區(qū)電子衍射表明，在靜態(tài)等溫條件下，由于一維空間的束縛，MWNTs中的PEN分子鏈運動受阻，不能像開放環(huán)境中一樣結晶。然而流變實驗和DSC測試結果表明，剪切應力可以通過MWNTs形變和管壁的橫向振動傳遞給內部的PEN，誘導了PEN發(fā)生結晶行為，并表現(xiàn)為F-MWNTs的儲能模量(

5、G’)的下降，即結晶開始前G’為恒定值；結晶開始后G’下降；結晶完成時G’再一次為恒定值。此外，與高分子基體的剪切誘導結晶規(guī)律類似的是，不同的剪切速率將導致誘導和結晶時間的不同。TEM照片顯示由于管壁的限制樣品剪切試驗后MWNTs中的PEN沒有形成規(guī)則的晶體，但形成了一維晶格，晶格間距約0.244 nm，晶面與管壁平行。
　　最后，利用 F-MWNTs做成核劑制備了 F-MWNTs/BP-PEN復合材料，并與MWNTs/BP-PE

6、N比較。相比于MWNTs，F(xiàn)-MWNTs對PEN的成核效果更佳，能以更低的濃度而更大的提高材料的結晶度，含量0.5％時結晶度提高了2.7倍。這是因為F-MWNTs內PEN的苯環(huán)結構與MWNTs管壁存在π-π共軛作用，而共軛作用沿體系傳遞到外部，使得F-MWNTs外表面與PEN基體也產(chǎn)生共軛作用，有利于PEN分子鏈在F-MWNTs外表面附著取向進而形成晶體。SEM測試表明，材料中球晶已幾乎不存在，PEN晶體沿著MWNTs外表面附生增長將F