熱致性液晶聚酯酰亞胺-聚醚酰亞胺原位復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、聚醚酰亞胺(PEI)是一種綜合性能優(yōu)異的高性能熱塑性工程塑料，它的玻纖和碳纖維增強品種都已商品化，但由于其加工性能較差，致使實際應用受到限制。熱致液晶聚合物(TLCP)是近十幾年發(fā)展起來的一類具有高強度、高模量和優(yōu)異加工性能的新型高分子材料，將TLCP與PEI進行原位復合，能有效地降低基體高分子的粘度，在改善PEI加工性能的同時，得到高模量高性能的原位復合材料。
　　 本論文首先合成了一系列新型的熱致液晶聚酯酰亞胺聚合物(TLC

2、PEI)，然后采用熔融擠出、注塑成型的工藝制備了TLCPEI/PEI原位復合材料，并用熱重分析儀(TGA)、力學性能測試、動態(tài)力學分析(DMTA)、差式掃描量熱法(DSC)、掃描電鏡(SEM)、轉(zhuǎn)矩流變儀、毛細管流變儀等分析測試手段對復合材料的熱穩(wěn)定性能、力學性能、相容性、微觀形態(tài)、流變行為進行了表征，結(jié)果表明在不使用增容劑、TLCPEI添加量少的條件下，獲得了具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性、優(yōu)異物理機械性能的新型原位復合材料。具體內(nèi)容包括以下四個部

3、分：
　　 第一部分文獻綜述
　　 對熱致液晶聚酯酰亞胺的特性、合成方法、表征手段等進行了介紹，重點闡述了熱致液晶原位復合材料的制備、物理機械性能、相容性、微觀形貌、流變行為等，在詳細綜述TLCP/PEI原位復合材料研究進展的基礎上，提出了本論文的目的、意義、構(gòu)思及創(chuàng)新性。
　　 第二部分 TLCPEI的合成及結(jié)構(gòu)性能表征
　　 通過分子設計，采用改進的Higashi縮聚法，實施分步投料的方式，合成出了鏈

4、序列結(jié)構(gòu)相對明確且可控的兩類不同系列熱致液晶聚酯酰亞胺共聚物，即：含芳酮基系列TLCPEI(PIDB33、PIDB50)和含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)系列TLCPEI(PIDN33、PIDN50)。采用紅外光譜(IR)、核磁譜圖(1HNMR)對TLCPEI的結(jié)構(gòu)進行了表征，采用烏式粘度計測定了其特性粘數(shù)，采用偏光顯微鏡(PLM)、SEM、DSC、廣角X-射線衍射儀(WAXD)和TGA分別對TLCPEI的成纖性、結(jié)晶熔融行為、熱穩(wěn)定性進行了考察，結(jié)果表

5、明得到了預期目標的產(chǎn)物，且合成得到的TLCPEI都具有優(yōu)異成纖性、較高的強度、較低的熔融加工溫度和良好的熱穩(wěn)定性。
　　 第三部分含芳酮基TLCPEI(PIDB系列)/PEI原位復合材料結(jié)構(gòu)與特性的研究
　　 采用熔融共混的方法，通過雙螺桿擠出、注塑成型的傳統(tǒng)工藝，經(jīng)優(yōu)選合理的工藝參數(shù)，制備了含芳酮基TLCPEI(PIDB)/PEI原位復合材料，并對其熱穩(wěn)定性、力學性能、相容性、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變行為等進行了較為系統(tǒng)的研究。

6、
　　 TG測試結(jié)果顯示：液晶聚合物PIDB的加入能夠保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性，且還使復合體系的起始熱分解溫度隨液晶聚合物的加入有不同程度的提升。
　　 力學性能的研究結(jié)果表明：PIDB33、PIDB50的加入，均使復合體系拉伸性能顯著提高，起到了所期望的原位增強的效果，其中PIDB33對體系拉伸性能的增強程度要優(yōu)于PIDB50；PIDB的加入對復合體系彎曲模量、彎曲強度的增強比之PEI基體增長了約10％；但PIDB

7、的加入，也使復合體系的沖擊性能略有下降。
　　 相容性的研究結(jié)果表明：PIDB33與PEI基體只是部分相容，而PIDB50與基體的相容性好于PIDB33。DMTA測試顯示：從PIDB50加入量5wt％開始，PIDB50/PEI復合體系只顯示出一個相的Tg峰；DSC的測試結(jié)果也顯示復合體系的Tg從PEI基體的218℃降到了208℃，向低溫移動了10℃。
　　 微觀形態(tài)的觀察結(jié)果顯示：PIDB33、PIDB50在復合材料體系

8、中都表現(xiàn)出液晶良好的成纖性，起到了增強材料的作用；同時，也呈現(xiàn)出復合材料韌脆轉(zhuǎn)變的形貌特征，這說明PIDB的加入，一方面提高了復合體系的強度，另一方面也降低了PEI基體原有的部分韌性。
　　 流變行為的測試結(jié)果證實了液晶高分子作為加工助劑的作用，即液晶聚合物PIDB的加入，降低了復合材料體系的熔融粘度，使材料更易于加工成型，且添加PIDB50更利于改善復合體系熔體的流動性。
　　 第四部分含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)TLCPEI(PI

9、DN系列)/PEI原位復合材料結(jié)構(gòu)與特性的研究
　　 采用熔融共混的方法，通過雙螺桿擠出、注塑成型的傳統(tǒng)工藝，經(jīng)優(yōu)選合理的工藝參數(shù)，制備了含萘環(huán)扭曲結(jié)構(gòu)TLCPEI(PIDN)/PEI原位復合材料，并對其熱穩(wěn)定性、力學性能、相容性、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變行為等進行了較為系統(tǒng)的研究。
　　 TG測試結(jié)果顯示：PIDN50的加入能夠保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性；PIDN33的加入不但能很好地保持PEI基體良好的熱穩(wěn)定性，而且使復合體

10、系的起始熱分解溫度隨液晶聚合物的加入有不同程度的提高，且添加少量的PIDN33還有助于提高其熱穩(wěn)定性。
　　 力學性能的研究結(jié)果表明：液晶聚合物PIDN的加入，可以提高復合體系的拉伸性能，對PEI基體起到原位增強的作用；與一般文獻報道的研究結(jié)果不同的是，PIDN的加入有利于提高復合體系的拉伸斷裂伸長率，表現(xiàn)出顯著的增韌效果，PIDN33/PEI更是隨液晶聚合物添加量的增大，復合體系的斷裂伸長率大幅升高；PIDN的加入可以提高復合

11、體系的彎曲性能，其中PIDN50的增強效果要高于PIDN33； PIDN/PEI的缺口沖擊強度的變化趨勢同其拉伸斷裂伸長率的變化相類似，說明PIDN對復合體系增強的同時也起到了增韌的作用。
　　 相容性的研究結(jié)果表明：PIDN33與PEI基體具有良好的相容性，在液晶添加量為2 wt％時，PIDN33與PEI達到一定程度的熱力學相容；而PIDN50與PEI基體只是部分相容。
　　 微觀形態(tài)的觀察結(jié)果顯示：PIDN33、PI