聚芳醚腈的結(jié)晶及其性能研究.pdf

1、結(jié)晶型聚芳醚腈較非結(jié)晶型聚芳醚腈擁有更好的耐熱性和力學(xué)性能，但目前對其研究較少。本文對間苯二酚型聚芳醚腈（RS-PEN）的等溫結(jié)晶行為，在受限空間中剪切誘導(dǎo)結(jié)晶，MWNTs填充RS-PEN后做聯(lián)苯二酚型聚芳醚腈（BP-PEN）基體的成核劑三個方面進(jìn)行了研究。
　　首先，利用DSC研究了RS-PEN的結(jié)晶溫度，等溫熔融結(jié)晶、冷結(jié)晶動力學(xué)和融化行為。PEN理想的熔融結(jié)晶溫度范圍從245 oC到260 oC，冷結(jié)晶溫度范圍從220 oC

2、至235 oC。隨著等溫熔融結(jié)晶溫度和冷結(jié)晶溫度的增加，PEN的熔點(diǎn)(Tm)增加不是很明顯，也就是結(jié)晶溫度對晶體厚度影響不大。在等溫熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶的結(jié)晶過程中都發(fā)生了二次結(jié)晶，且熔融結(jié)晶溫度較高時二次結(jié)晶變得越來越明顯，但對于等溫冷結(jié)晶，二次結(jié)晶只在溫度較低時明顯。理論計算得出Avrami指數(shù)n的值接近于2，預(yù)示熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶過程主結(jié)晶階段晶體是一維生長的，而不是通常情況下的三維生長，結(jié)晶活化能(ΔE)分別為18.223 kJ/mo

3、l，18.127 kJ/mol。根據(jù)Hoffman-Week定律計算得出熔融結(jié)晶和冷結(jié)晶所得晶體平衡熔化溫度分別為337.4 oC和338.3 oC，兩個結(jié)果非常接近。樣品刻蝕后的SEM照片顯示PEN晶體呈細(xì)長的纖維狀，直徑大約是20 nm到30 nm,長度范圍從1μm到10μm，與Avrami方程分析結(jié)果相符。同時實(shí)驗(yàn)表明了PEN的結(jié)晶具有記憶效應(yīng)，即完全熔融后再結(jié)晶時會在之前晶體所在位置生成相同的晶體。
　　其次，用熱堿法把M

4、WNTs的端口打開，將RS-PEN配制成極稀溶液，利用毛細(xì)管作用把PEN填充進(jìn)MWNTs內(nèi)腔中。TEM照片顯示PEN連續(xù)緊密的完全填滿了MWNTs的內(nèi)腔。DSC和選區(qū)電子衍射表明，在靜態(tài)等溫條件下，由于一維空間的束縛，MWNTs中的PEN分子鏈運(yùn)動受阻，不能像開放環(huán)境中一樣結(jié)晶。然而流變實(shí)驗(yàn)和DSC測試結(jié)果表明，剪切應(yīng)力可以通過MWNTs形變和管壁的橫向振動傳遞給內(nèi)部的PEN，誘導(dǎo)了PEN發(fā)生結(jié)晶行為，并表現(xiàn)為F-MWNTs的儲能模量(

5、G’)的下降，即結(jié)晶開始前G’為恒定值；結(jié)晶開始后G’下降；結(jié)晶完成時G’再一次為恒定值。此外，與高分子基體的剪切誘導(dǎo)結(jié)晶規(guī)律類似的是，不同的剪切速率將導(dǎo)致誘導(dǎo)和結(jié)晶時間的不同。TEM照片顯示由于管壁的限制樣品剪切試驗(yàn)后MWNTs中的PEN沒有形成規(guī)則的晶體，但形成了一維晶格，晶格間距約0.244 nm，晶面與管壁平行。
　　最后，利用 F-MWNTs做成核劑制備了 F-MWNTs/BP-PEN復(fù)合材料，并與MWNTs/BP-PE

6、N比較。相比于MWNTs，F(xiàn)-MWNTs對PEN的成核效果更佳，能以更低的濃度而更大的提高材料的結(jié)晶度，含量0.5％時結(jié)晶度提高了2.7倍。這是因?yàn)镕-MWNTs內(nèi)PEN的苯環(huán)結(jié)構(gòu)與MWNTs管壁存在π-π共軛作用，而共軛作用沿體系傳遞到外部，使得F-MWNTs外表面與PEN基體也產(chǎn)生共軛作用，有利于PEN分子鏈在F-MWNTs外表面附著取向進(jìn)而形成晶體。SEM測試表明，材料中球晶已幾乎不存在，PEN晶體沿著MWNTs外表面附生增長將F