生物基耐高温尼龙PA52的聚合及其复合材料的制备

摘要

尼龙是聚酰胺的俗称，自1939年实现工业化以来，由于其优异的综合性能，已经广泛应用于我们生活的各个领域。进入上世纪90年代，随着环境保护的需要和科学技术的进步，对尼龙材料的性能提出了越来越严格的要求。一方面，目前已探明的世界石油储量仅可供开采30余年，我国石油储量和开采更是难于满足我国经济持续发展的需要。另一方面，汽车行业的低排放技术以及电子电器加工新技术（表面贴装技术、无铅焊锡技术等）的发展对应用于该领域的尼龙材料的耐热性能提出了更高要求。再者，在耐高温尼龙领域，我国技术发展阶段还远远低于国际水平，国内市场基本被跨国巨头所垄断，主要依赖进口。因此，研发基于可再生资源由来的生物基耐高温尼龙及其高性能复合材料具有重要的现实意义。
　　聚草酰胺是一种主链含有草酰单元的特种尼龙，具有高熔点、低吸水、耐酸碱等特性，近年来广受关注。与此同时，国内从生物资源制备戊二胺单体的技术取得了突破，生产技术已经基本确立。基于以上背景，本论文聚焦生物基戊二胺由来的全新耐高温尼龙-PA52的聚合及其复合材料的开发。
　　本论文第二章以1,5-戊二胺和草酸二丁酯为原料，首先采用一种全新的无溶剂雾化聚合方法—在氮气流下，将戊二胺单体和草酸二酯雾化、混合进而聚合的方法，制备了PA52预聚物；随后，第三章通过固相聚合制备高分子量 PA52。在研究过程中，探究了雾化聚合与固相聚合的影响因素，基本确立了聚合工艺：雾化聚合氮气流速3.0L/min、注射时间22min；固相聚合温度250℃、固相时间6h。在此基础上，制备了熔点为302.2℃，相对粘度为3.23的聚草酰胺PA52。与此同时，采用FTIR、NMR手段对预聚物和高聚物进行了表征分析。
　　在第四章，为了调节聚草酰胺的物性，本论文利用2-甲基-1,5-戊二胺（M5）作为共聚单体，通过与1,5-戊二胺和草酸二丁酯共聚，制备了一系列PA52/M52共聚物。采用DSC、FTIR、NMR、WAXD和TGA对共聚物的性能进行了评价，确立了组成与物性的关系。
　　在前述工作的基础上，为解决热塑性树脂对碳纤维浸渍困难的技术难题，本论文第五章提出了原位雾化聚合、复合的热塑性树脂基碳纤维复合材料制备的新工艺并对其可行性进行了探索。具体方法如下：首先将二胺单体和草酸二酯雾化、混合后直接喷涂在碳纤维表面；在此过程中，单体进行预聚、生成预聚物，并同时完成对碳纤维的浸渍和复合。随后，对复合体系进行固相聚合以提高树脂的分子量。最后，通过热压来制备聚草酰胺碳纤维复合材料。利用SEM对复合材料表面进行了观察，同时对该新工艺的可行性作了探讨。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 尼龙开发现状

1.3 热塑性树脂基复合材料制备方法

1.4 课题的提出

第二章 聚草酰胺PA52预聚物的制备

2.1 引言

2.2 实验方法

2.2 实验结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 聚草酰胺PA52高聚物的制备

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 PA52共聚物的制备与表征

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 聚草酰胺碳纤维复合材料的制备

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 实验结果与讨论

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果