酚酞聚芳醚砜复合材料的制备与性能研究

作者
范超君
摘要
聚合物/无机复合材料兼具无机粒子的特性与聚合物优异的加工性能,极大地改善了聚合物基体的热性能、机械性能、电性能和气体阻隔性能等,在分离膜、太阳能电池、燃料电池等领域具有广泛的应用前景。酚酞聚芳醚砜(PES-C)是一种特种工程塑料,具有优异的力学性能和热稳定性,广泛应用于航天航空、水处理膜、气体分离膜等领域。但其韧性较差,一定程度上限制了其在一些领域的应用。通过 PES-C与无机粒子复合,制备复合材料,改善其韧性并赋予材料功能性质,有望拓展其应用领域。本工作设计并制备了灌流硅胶微球(PSM)和氧化石墨烯(GO),以此为填料通过溶液共混法制备了一系列 PES-C/无机复合材料,并探讨其性能,为制备功能性水处理膜奠定了材料基础。具体研究内容如下:
    以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶技术和模板技术相结合的方法制备了灌流硅胶微球(PSM),然后通过溶液共混法制备了一系列不同 PSM含量的PES-C/PSM复合材料,并利用SEM、氮气脱附-吸附、EDS、DSC、TGA及拉伸测试表征其微观形貌、结构、分散性、热稳定性和力学性能。结果表明PSM球形度好,粒径较均一,介于2~10μm,比表面积为166.47 m2/g,具有丰富的介孔、大孔和灌流孔。而且PES-C分子链可进入到PSM孔道中,避免了PSM在PES-C基体中的团聚,有效改善了聚合物基体的机械性能和热稳定性。随着PSM含量的增加,PES-C/PSM复合材料的拉伸强度和断裂伸长率先增加后减小,热稳定性则一直呈现上升趋势。当PSM含量为0.5%时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都达到最大,与纯 PES-C相比,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了18.95%和28.64%。复合材料热稳定性的研究表明,气氛和PSM不会影响PES-C的热降解机理,但复合材料在空气中的高温热稳定性随PSM含量的增加而提高。当PSM含量为1.0%,复合材料的热分解结束温度提高了41.29℃。进一步利用Kissinger法来探讨其热降解动力学发现,复合材料的表观热降解活化能随 PSM含量的增加而增大, PSM含量为0.1%的复合材料的热降解表观活化能较纯PES-C提高了25.23%。
    采用改进的Hummers制备了氧化程度较高的氧化石墨烯(GO),并以此为填料,通过二次成型的溶液插层法制备了一系列不同GO含量的PES-C/GO复合材料,利用 SEM、XRD、Raman、DSC、TGA、拉伸测试表征了 GO含量对其机械性能和热性能的影响。研究表明经强氧化剂作用后,GO的石墨结构规整性被破坏,层间距增加,在PES-C基体中的分散性较好,明显改善PES-C的韧性及热性能。其中复合材料的断裂伸长率随 GO含量的增加先增加后减小,最佳GO含量为0.3%,此时PES-C/GO的断裂伸长率为28.81%,与纯PES-C相比,提高了348%。而GO不会改变PES-C的热降解机理,但可增加复合材料在空气中的耐高温性能,其降解结束温度随GO含量的增加而增大,当GO含量为0.5%时,降解结束温度由纯PES-C的611.7℃上升至634.4℃。采用Kissinger法研究PES-C/GO的热降解动力学,结果表明复合材料的热降解表观活化能随着GO的含量增加先增大后减小。当 GO含量为0.1%时,体系活化能最大,为247.70 kJ/mol,提高了17.16%。但随着GO含量的继续增加,活化能逐渐减小。
关键词
酚酞聚芳醚砜;灌流硅胶微球;氧化石墨烯;刚性粒子;纳米复合材料;溶液共混
页数
94
出版日期
2020-01-15
学位授予单位
武汉工程大学
学位年度
2016
学位
硕士
语言
chi
院系
高分子化学与物理
导师
郭庆中
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