聚对苯撑乙烯的合成及其电流变性能研究

论文摘要

电流变流体是一种新型的智能材料,其流变性能在外加电场作用下,可以发生快速、可逆和明显的改变。这类材料在电气-机械转换中具有广泛的应用前景,已显示出良好的发展势头。本文对电流变效应的特点、组成及其理论模型和应用进行了文献综述,研究了线性共轭聚合物PPV的合成及其悬浮体系的电流变效应。论文以氯化苄为原料,通过氯甲基化反应合成了α,α′-二氯对二甲苯。然后采用Gilch法和固相合成法制备了共轭聚合物PPV,对其聚合过程进行了探讨,优化了合成条件。采用IR光谱、元素分析等对其分子结构进行了表征,用扫描电镜测试了其表面形态,用热分析仪测试了其热稳定性,比重瓶法测定了其密度,并测试了其导电及介电性能。结果表明,制备的聚合物PPV符合设计要求,满足电流变流体分散相材料的要求。采用流变测试较系统的研究了PPV悬浮体系的流变性能,研究结果表明未经掺杂处理的PPV-硅油体系在一定范围内均体现出负电流变效应,并显示出临界电场强度的存在。不同合成方法制得的PPV由于共轭程度的区别,导致电流变效应的强度区别。Gilch方法合成产物显示出较小的负电流变效应。由于掺杂剂的加入改善了PPV的导电及介电性能。掺杂后的PPV-硅油体系体现出典型的电流变效应。在电场作用下的流变行为符合Bingham流体方程,体系的粘度在电场作用下急剧增加。掺杂时间及掺杂方式影响着PPV的导电及介电性能,并最终导致了不同的掺杂体系具有不同的电流变效应。考察了分散相颗粒浓度、粒子的大小、活化剂、温度等对PPV悬浮体系的电流变效应的影响。结果显示,PPV―硅油电流变流体的剪切应力随着分散相颗粒浓度的增加而增大。分散相粒径适中的电流变流体表现出较好的稳定性和电流变效应。水和丙三醇均可以作为PPV―硅油体系的活化剂,能增强体系的电流变效应,添加具有表面活性性质的丙三醇的效果更佳。操作温度对PPV―硅油体系的电流变效应存在着影响,屈服应力随温度的升高出现极大值。PPV悬浮体系的稳定性研究表明ER体系的稳定性取决于分散相与分散介质的密度差。分散介质对流体的电流变效应也存在影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电流变流体的组成与分类
• 1.3 电流变流体的作用机制
• 1.4 影响电流变效应的因素
• 1.5 电流变技术当前存在的问题
• 1.6 本论文研究工作的目的、设计思想及潜在意义
• 第2章 PPV 的合成
• 2.1 主要试剂及仪器
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 单体α,α′－二氯对二甲苯的合成
• 2.3 PPV 的合成
• 2.4 PPV 的掺杂
• 第3章 PPV 的性能表征
• 3.1 主要仪器及测试方法
• 3.2 元素分析结果
• 3.3 PPV 的红外谱图分析结果
• 3.4 聚合物分子量及聚合度分析结果
• 3.5 粒子的形貌表征
• 3.6 PPV颗粒的热性能
• 3.7 PPV 介电相关性质的测试过程和结果
• 3.8 分散相微粒密度的测定
• 第4章 PPV 的电流变性能研究
• 4.1 仪器及测试方法
• 4.2 电流变流体的稳定性
• 4.3 剪切应力与电场强度及剪切速率的关系
• 4.4 表观粘度与电场强度及剪切速率的关系
• 4.5 PPV 不同合成方式对电流变效应的影响
• 4.6 分散介质对电流变效应的影响
• 4.7 分散相颗粒浓度对电流变效应的影响
• 4.8 粒子大小对电流变效应的影响
• 4.9 活化剂对 PPV-硅油电流变效应的影响
• 4.10 未掺杂 PPV 和 FeCl3 掺杂 PPV 的电流变性能
• 4.11 掺杂剂对电流变效应的影响
• 4.12 温度对 PPV-硅油电流变效应的影响
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的论文