改性多壁碳納米管與石墨烯微片增強聚芳醚腈復合材料.pdf

1、聚芳醚腈（PEN），作為特種工程塑料，其具有高強度，高模量，耐高溫等性能，在航天，軍工，電子等特殊領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。聚芳醚腈上的極性氰基基團具有一定的粘結(jié)性，且聚芳醚腈容易成型，因此是制備先進復合材料的優(yōu)秀載體。為了進一步擴大聚芳醚腈在介電，機械以及熱學領(lǐng)域的應用價值，本論文以價格低廉的雙酚A型聚芳醚腈為基體，以多壁碳納米管和石墨烯微片為填料，通過對多壁碳納米管和石墨烯微片的氰基化改性，有效阻止了多壁碳納米管和石墨烯微片的團聚。然

2、后采用溶液流延成膜方法制備了聚芳醚腈/氰基化碳納米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片納米復合材料，分別考察了氰基化多壁碳納米管和氰基化石墨烯微片對聚芳醚腈的增強作用，比較了氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基體中的不同填料作用，研究了碳納米管和石墨烯微片在聚芳醚腈基體中的協(xié)同增強作用。
　　首先，通過酸化，酰氯化，氰基化對碳納米管和石墨烯微片進行了化學改性，得到了氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片，并將其加入到聚芳醚腈基體中，得

3、到聚芳醚腈/氰基化碳納米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片納米復合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未改性的碳納米管和石墨烯微片相比，氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基體中分散良好，改善了與聚芳醚腈的相容性，實現(xiàn)了較好的填料-基體粘結(jié)作用力。因此，與聚芳醚腈基體和醚腈/純碳納米管和聚芳醚腈/純石墨烯微片納米復合材料相比，所得醚腈/氰基化碳納米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片納米復合材料在形貌，力學，介電，熱學等方面具有更佳的性能。
　　其次，

4、在相同條件下對碳納米管和石墨烯微片進行了化學改性，采用相同填料含量，采用相同溶液加工技術(shù)制備了復合材料。比較了氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基體中的不同填料作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同條件下，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯微片具有更高的接枝率。在聚芳醚腈基體中，改性后的石墨烯微片和碳納米管均分散良好，與基體具有很好的粘接性。但是在相同含量下：石墨烯微片比碳納米管更好的增強了基體斷面。并且石墨烯微片主要以面對面的方式相互接觸而碳納米管卻比較分散。當填

5、料含量小于2 wt％時，聚芳醚腈/石墨烯微片復合材料比聚芳醚腈/碳納米管復合材料具有更好的熱穩(wěn)定性。在相同含量下，聚芳醚腈/石墨烯微片復合材料比聚芳醚腈/碳納米管復合材料具有更大的應變敏感性，粘度,儲能模量和損耗模量。并且聚芳醚腈/石墨烯微片體系比聚芳醚腈/碳納米管體系具有較低的流變滲逾值，即石墨烯微片的滲逾值大約是1wt%，而碳納米管的滲逾值大約是2wt%。碳納米管與石墨烯微片表現(xiàn)出如此多的區(qū)別，源于它們本身結(jié)構(gòu)的區(qū)別：碳納米管是棒狀

6、而石墨烯微片是片狀，石墨烯微片具有更大的表面積。在基體聚芳醚腈中，石墨烯微片能夠表現(xiàn)出更強的填料作用（物理作用和化學作用）。其次石墨烯微片的面對面接觸能夠更佳容易形成填料網(wǎng)絡(luò)，為熱傳遞和流變滲逾提供便利?？傊?，在相同處理條件，相同加工技術(shù)，相同填料含量下和相同基體中，石墨烯微片具有強的填料作用。
　　最后，同時將氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片加入到聚芳醚腈基體中，得到聚芳醚腈/氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片納米復合材料，研究了

7、氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基體中的協(xié)同增強作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片對機械性能有明顯的協(xié)同增強作用。隨著氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片含量的增加，氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片/聚芳醚腈復合薄膜的力學性能先增加，再減小，在氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片為4/4達到最大值。在力學性能最大值附近，氰基化碳納米管和氰基化石墨烯微片均在聚芳醚腈中分散良好，與聚芳醚腈具有很強的界面粘結(jié)力。并且，可以觀測

8、到氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基體中水平取向而氰基化碳納米管插入到氰基化石墨烯微片空隙中，形成納米/納米結(jié)構(gòu)。熱學測試表明：氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片對材料熱穩(wěn)定性也具有明顯的協(xié)同增強作用。隨著氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片含量的增加，氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片/聚芳醚腈復合薄膜的熱穩(wěn)定性先增加，再減小，在氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片為5/3達到最大值。同時加入氰基化碳納米管/氰基化石墨烯微片填料形成高分子/納米/納米系