聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備與抗輻射性能研究.pdf

1、本論文設(shè)計并制備了一系列聚酰亞胺/納米粘土復(fù)合材料(PI/OMMT)、聚酰亞胺/碳納米管復(fù)合材料(PI/CNT)、聚酰亞胺/石墨型碳化氮復(fù)合材料(PI/g-C3N4)及鍵合鉛離子聚酰亞胺復(fù)合材料(PI(Pb))，并研究了它們在輻射屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用。采用傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜、核磁共振(1H-NMR)、元素分析和X射線衍射(XRD)光譜對所制備的復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征;采用掃描電鏡(SEM)研究了它們的表面形貌;采用熱重分析(TG

2、A)研究了它們的熱性能;采用力學(xué)測試方法對部分復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了分析;采用γ能譜法研究了復(fù)合材料的輻射屏蔽性能。
　　主要研究工作由以下四部分組成:
　　(1)采用插層法和原位二步縮聚法制備了一系列粘土含量不同的聚酰亞胺/納米粘土復(fù)合材料——PI/OMMT。將納米粘土摻雜進(jìn)入由ODA（4，4'-二氨基二苯醚）與PMDA（均苯四甲酸酐）聚合成的聚酰亞胺體系中，通過球磨和自動粉碎機制備了兩種不同粒徑的模塑粉，并模壓成型。實

3、驗結(jié)果表明:粒徑越小，納米粘土含量越高，越有利于輻射屏蔽效果的增強。
　　(2)采用原位二步聚合法制備了一系列氨基化碳納米管含量不同的聚酰亞胺/碳納米管復(fù)合材料——PI/CNT。通過氨基化碳納米管(ACNT)中的氨基將碳納米管鍵合到由ODA（4，4'-二氨基二苯醚）與PMDA（均苯四甲酸酐）聚合成的聚酰亞胺體系中，經(jīng)球磨工藝制備模塑粉，模壓成型。實驗結(jié)果表明:碳納米管鍵合進(jìn)入聚酰亞胺，使其形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增強了材料的輻射屏蔽效果。

4、
　　(3)采用摻雜法和原位二步縮聚法制備了一系列石墨型氮化碳(g-C3N4)含量不同的聚酰亞胺/石墨型氮化碳復(fù)合材料——PI/g-C3N4。將g-C3N4摻雜進(jìn)入由ODA與PMDA聚合形成的聚酰亞胺體系中，通過球磨制備模塑粉模壓成型。實驗結(jié)果表明:g-C3N4的引入未明顯改變聚酰亞胺的分子量，卻增強了材料的輻射屏蔽性能，但是g-C3N4的分散性并不好，無法獲得高含量摻雜的樣品。
　　(4)采用原位二步縮聚法制備了一系列鉛離

5、子含量不同的聚酰亞胺/對氨基苯甲酸鉛鹽(ABA(Pb))的復(fù)合材料——PI(Pb)。采用直接酸堿中和法和離子交換法制備了含有鉛離子的二胺單體ABA(Pb);將其作為一種二胺與另一種二胺(BAPP)混合使用，與二酐(BPADA)縮聚制備成聚酰亞胺，從而使鉛離子成功鍵合到了聚酰亞胺體系中，通過球磨制備模塑粉模壓成型。實驗結(jié)果表明:與純PI材料和同等鉛含量、物理摻雜的PI-Pb(NO3)2樣品相比，PI(Pb)中鉛離子是通過化學(xué)鍵直接鍵合到聚

6、酰亞胺主鏈中的，實現(xiàn)了物理摻雜方法不能達(dá)到的鉛離子均勻分散，其輻射屏蔽性能要明顯優(yōu)于純PI材料和PI-Pb(NO3)2樣品。此外，PI(Pb)材料還具有良好的熱穩(wěn)定性和較好的力學(xué)性能。
　　本文的創(chuàng)新點在于:1）提供了多種新型的聚酰亞胺復(fù)合材料，拓展了它們在輻射屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用;2）探索了模塑粉粒徑對復(fù)合材料輻射屏蔽性能的影響;3)進(jìn)一步增大了鉛元素在輻射屏蔽材料中的分散程度，使基于傳統(tǒng)防輻射元素的復(fù)合材料的屏蔽性能進(jìn)一步得到了提高