聚聯(lián)苯撐乙烯及聚喹吖啶酮類電流變材料的合成與性能研究.pdf

1、電流變流體是一種新穎的智能材料，具有重要的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景，是功能材料最活躍的研究領(lǐng)域之一。本論文對(duì)電流變效應(yīng)的特點(diǎn)、歷史起源及其理論模型和應(yīng)用進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述。從分子設(shè)計(jì)的原理出發(fā)，合成了兩類電流變流體分散相材料及兩種分散介質(zhì)材料?？疾炝烁鞑牧系暮铣杉半娏髯冃?yīng)；探討了這些材料組成的電流變流體體系中，材料的相關(guān)性能與其電流變效應(yīng)的關(guān)系。 考察了2-甲氧基-5-辛氧基-1,4-雙氯甲基苯及4,4’-雙氯甲基-1,1’-

2、聯(lián)苯這兩個(gè)聚合物前體中所涉及的芳烴的氯甲基化反應(yīng)；同時(shí)，對(duì)4,4’-雙甲?；?1,1’-聯(lián)苯及4,4’-二氰甲基-1,1’-聯(lián)苯的合成條件進(jìn)行了優(yōu)化。采用Gilch 方法，經(jīng)4,4’-雙氯甲基-1,1’-聯(lián)苯的自縮合反應(yīng)，合成了PBPV；采用Wittig反應(yīng)，以2-甲氧基-5-辛氧基-1,4-雙氯甲基苯及4,4’-雙甲?；?1,1’-聯(lián)苯等為原料，“一鍋”法合成了PMOBPV；采用Knoevenagel 反應(yīng)，以4,4’-雙甲?；?1,

3、1’-聯(lián)苯及4,4’-二氰甲基-1,1’-聯(lián)苯等為原料合成了CNPBPV。對(duì)三種聯(lián)苯撐乙烯類聚合物的合成過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化，聚合物的分子結(jié)構(gòu)、熱性質(zhì)、粒子形貌及介電性質(zhì)等均得到了測(cè)試表征。 分別以對(duì)苯二胺、間苯二胺和2,5-二氧環(huán)己二甲酸二甲酯等為原料，經(jīng)縮合、氧化、環(huán)化等反應(yīng)，合成了平面梯形聚合物聚喹吖-[2,3-b]- 啶-7,14[5,12] -二酮（PTQA）及聚喹吖-[2,3-b]- 啶-12,14[5,7]- 二酮(PC

4、QA)。 對(duì)兩種喹吖啶酮聚合物的合成過(guò)程進(jìn)行了探討，優(yōu)化了合成條件；聚合物的分子結(jié)構(gòu)、熱性質(zhì)、粒子形貌及介電性質(zhì)等均得到了測(cè)試表征。 分別以氯代甲苯和溴苯、氯芐等為原料，經(jīng)溴化反應(yīng)及F－C 反應(yīng)合成了兩種電流變流體的分散介質(zhì)材料溴化氯代甲苯（BCT）和對(duì)溴二苯甲烷（BDPM）。兩種有機(jī)液體的分子結(jié)構(gòu)及相關(guān)物化性質(zhì)均得到了測(cè)試表征。 系統(tǒng)研究了PBPV、PMOBPV及CNPBPV三種聯(lián)苯撐乙烯類聚合物分散在硅油中形

5、成的電流變流體的穩(wěn)定性及流變性質(zhì)。結(jié)果表明，由于三種共軛聚合物具有適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率和介電常數(shù)，因此顯示出較好的電流變效應(yīng)。粒子濃度為30wt％的PBPV，PMOBPV及CNPBPV三種聚合物的硅油體系室溫下的屈服應(yīng)力分別達(dá)802.3 Pa （ 2kV/mm ）、1301.4 Pa (3kV/mm) 及1827Pa(3kV/mm)；電流密度分別為100μA/cm2 （2kV/mm）、28.7μA/cm2（3kV/mm）及34μA/cm2（3k

6、V/mm）；體系的屈服應(yīng)力隨電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)而增大，符合：τy ∝ E n ，指數(shù)n分別為1.88，1.9，及1.58；各聚合物懸浮體系中屈服應(yīng)力的大小與粒子濃度均具有線性關(guān)系；體系的表觀粘度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加，隨剪切速率增加而降低，具有明顯的剪切變稀特性；各體系的屈服應(yīng)力隨溫度的升高出現(xiàn)極大值。研究結(jié)果同時(shí)表明，由于聚合物材料的結(jié)構(gòu)不同，各聚合物懸浮體系的電流變效應(yīng)強(qiáng)度不同。材料的電導(dǎo)率主要影響通過(guò)流體的電流密度，即電流變流體的電能消

7、耗；介電常數(shù)的差別才是造成不同體系中屈服應(yīng)力不同的主要因素。 考察了PTQA、PCQA分散在BDPM中形成的電流變流體的流變性質(zhì)。研究了流體體系中剪切應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度及剪切速率，屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度、粒子濃度及溫度，表觀粘度與電場(chǎng)強(qiáng)度及剪切速率、電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度和粒子濃度的關(guān)系。結(jié)果表明，PTQA、PCQA聚合物的BDPM體系具有優(yōu)良的電流變效應(yīng)，在3kV/mm電場(chǎng)下，粒子濃度為30wt％的PTQA、PCQA聚合物的BDPM體系室

8、溫下的屈服應(yīng)力分別達(dá)到了6.0 及4.0kPa；電流密度僅為21.7及14.3μA/cm2；體系的屈服應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方及粒子濃度成正比；體系的表觀粘度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加，隨剪切速率增加而降低，具有明顯的剪切變稀特性；兩體系的屈服應(yīng)力隨溫度的升高出現(xiàn)極大值。兩體系良好的電流變效應(yīng)及其差別可歸結(jié)為分散相材料獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的規(guī)整性的差別。 研究了PTQA 體系中分散介質(zhì)對(duì)流體的穩(wěn)定性和流變性能的影響。結(jié)果表明，電流變體系