兼具耐高溫和高靜電耗散能力的熱可逆自修復聚氨酯膜的研究.pdf

1、靜電擊穿是由于靜電的積累而導致放電的現(xiàn)象，有效防止靜電擊穿已經(jīng)成為事關(guān)人們安全生產(chǎn)與生活的重要因素之一。因此，能夠有效防止靜電積累與靜電擊穿現(xiàn)象發(fā)生的靜電耗散（導靜電）涂料的研發(fā)成為一個具有重要社會意義和經(jīng)濟價值的課題。在實際應用過程中，涂層直接與外界環(huán)境接觸，不可避免因為外力或者內(nèi)應力作用產(chǎn)生劃痕等損傷。為了確保設備儀器的安全使用，研發(fā)采用具有可逆自修復特性的靜電耗散涂層引起人們的濃厚興趣。迄今，研制兼具導靜電和可逆自修復功能的涂料是

2、一個有趣的、高難度的挑戰(zhàn)。本文針對這一挑戰(zhàn)展開相關(guān)研究。
　　本文從新型多呋喃單體及常溫下呈液態(tài)的超支化多馬來酰亞胺的設計合成出發(fā)，分別以多壁碳納米管（CNT）和石墨烯（rGO）為導體，設計合成了基于Diels-Alder反應的新型交聯(lián)自修復靜電耗散聚氨酯膜。具體研究工作主要包括以下三個方面。
　　首先，基于分子設計，合成了一種新型線型呋喃化聚氨酯（FPU）和液態(tài)多馬來酰亞胺封端的超支化聚硅氧烷（HSiNCM），其中FPU上

3、含有大量的呋喃環(huán)，HSiNCM上含有豐富的基團。然后，酸化CNTs、FPU與HSiNCM通過反應制備出聚氨酯膜（PU-DA-CNT）。并對其結(jié)構(gòu)進行了測試和表征。
　　其次，研究了PU-DA-CNT膜的靜電耗散、耐熱性及自修復性能。研究發(fā)現(xiàn)PU-DA-CNT2（含1.96wt％aCNTs）具有優(yōu)異的靜電耗散性能，其表面電阻、靜電衰減半衰期和電導率分別為3.094×108Ω、0.07s和4.116×10-8S·cm-1。熱失重（TG

4、）結(jié)果顯示，當aCNTs含量＞0.99wt%時，PU-DA-CNT具有優(yōu)異的耐熱性，相比于其他自修復PU材料，其初始熱分解溫度（Tdi）提升了20-40oC。PU-DA-CNT2膜具有優(yōu)異的自修復能力，其自修復原理主要是由于DA鍵的熱可逆反應。熱臺偏光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，當表面有裂紋出現(xiàn)時，經(jīng)過130oC/5min和50oC/48h處理后，裂紋得到修復。核磁數(shù)據(jù)圖譜證明，這種修復能夠持續(xù)多次。此外，PU-DA-CNT2膜具有優(yōu)異的自修復效率

5、，應力-應變測試表明，其最高一次自修復效率為92.54%，超過現(xiàn)有文獻中同類所有PU的自修復效率；同時其兩次修復效率也高于現(xiàn)有文獻中同類PU的自修復效率。綜合研究結(jié)果表明，PU-DA-CNT2具有優(yōu)異的綜合性能，集突出的耐熱性、優(yōu)異的靜電耗散性能和自修復性能為一體，是迄今為止唯一兼具耐高溫和高靜電耗散能力的熱可逆自修復材料，顯示出巨大的應用前景和價值。
　　第三，我們用石墨烯（rGO）代替CNT作為導體，制備了不同含量的rGO靜電