聚醚醚酮（PEEK）/有机化蒙脱土（OMMT）复合材料的制备及其性能研究

论文摘要

聚醚醚酮树脂是一种半结晶型全芳香高性能聚合物,具有耐热等级高、耐腐蚀、耐辐射、耐磨、高强度、阻燃等优异的综合性能,在国防军工和民用高技术领域,如航空航天、核能、电子信息、石油化工、汽车等得到了成功地应用。聚合物/蒙脱土纳米复合材料是近二十多年来发展起来的新型材料,其结合了无机纳米蒙脱土片层在聚合物基体中,一般只需要添加很少量的蒙脱土就可以大幅度地提高聚合物基体的性能,如模量、强度、阻隔性、热稳定性、以及光学性能等。至今多种聚合物作为基体的蒙脱土纳米复合材料已经被成功制备,但是聚醚醚酮树脂作为基体的蒙脱土纳米复合材料的系统研究还未见报导,将聚醚醚酮树脂与纳米蒙脱土复合将会是一个全新的课题。本论文采用蒙脱土与聚醚醚酮树脂复合改性,期望获得高性能的纳米复合材料。首先筛选了不同产地的蒙脱土,然后筛选了不同改性剂对蒙脱土进行有机化改性,研究了影响蒙脱土层间距的各种因素,并优化出改性效果最好的有机化蒙脱土,与特种工程塑料聚醚醚酮熔融复合,制备了一系列不同蒙脱土添加量的复合材料。研究讨论了蒙脱土在聚醚醚酮基体中的分散,并且对复合材料的热性能、力学性能、结晶性能、流变性能进行了详细的研究。进一步地将有机化蒙脱土与聚醚酰亚胺或者聚醚砜树脂通过溶液插层法制备纳米复合材料,由于聚醚酰亚胺、聚醚砜与聚醚醚酮树脂有较好的相容性,可以将制备的纳米复合材料与聚醚醚酮树脂熔融共混,最终制备了聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/蒙脱土及聚醚醚酮/聚醚砜/蒙脱土三元复合材料。研究发现蒙脱土以剥离或者插层的状态存在于基体中,蒙脱土的加入提高了聚醚醚酮/聚醚酰亚胺和聚醚醚酮/聚醚砜复合材料的玻璃化转变温度、热稳定性、模量和强度,降低了熔融温度。采用聚醚酰亚胺、聚醚砜与蒙脱土首先进行溶液复合,再与聚醚醚酮树脂熔融复合可以实现蒙脱土在聚醚醚酮基体中的纳米分散,同时提高二元共混物基体的性能,这为制备新型的聚醚醚酮复合材料奠定了良好的基础。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 蒙脱土的结构与性能
• 1.3 蒙脱土的有机化改性
• 1.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
• 1.5 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构与分类
• 1.6 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的插层热力学
• 1.7 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的插层动力学
• 1.8 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的研究进展
• 1.9 聚醚醚酮树脂简介
• 1.10 聚醚醚酮树脂复合材料的发展情况
• 1.11 本论文的研究思路
• 第二章 蒙脱土有机改性
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料和试剂
• 2.2.2 有机化蒙脱土的制备
• 2.2.3 表征及仪器
• 2.3 蒙脱土有机改性的研究
• 2.3.1 产地不同对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.2 改性剂对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.3 pH 值对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.4 反应时间对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.5 反应温度对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.6 反应方式对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.3.7 改性剂使用量对蒙脱土有机化改性的影响
• 2.4 季铵盐在蒙脱土片层间的作用
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚醚醚酮/蒙脱土复合材料的制备及其性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料和试剂
• 3.2.2 样品的制备
• 3.2.3 表征及仪器
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 钠基蒙脱土、有机化蒙脱土、PEEK
• 3.3.2 PEEK/OMMT 复合材料的微观形态TEM 分析
• 3.3.3 PEEK 及PEEK/OMMT 复合材料的微观形态SEM 分析
• 3.3.4 PEEK 及PEEK/OMMT 复合材料的热性能研究
• 3.3.5 PEEK 与PEEK/OMMT 复合材料的热稳定性研究
• 3.3.6 PEEK 及PEEK/OMMT 复合材料的流变性能研究
• 3.3.7 PEEK 及PEEK/OMMT 复合材料的机械性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚醚醚酮/聚醚酰亚胺/蒙脱土和聚醚醚酮/聚醚砜/蒙脱土纳米复合材料的制备及其性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料和试剂
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.3 表征及仪器
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PEI/OMMTs 和PES/OMMTs 纳米复合材料的性能研究
• 4.3.2 PEEK/PEI/OMMTs 和 PEEK/PES/OMMTs 纳米复合材料的性能研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的主要学术论文
• 致谢
• 作者简历
• 中文摘要
• ABSTRACT