多壁碳纳米管增强聚醚醚酮纳米复合纤维的制备及表征

摘要

聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶、热塑性聚合物，具有很好的热稳定性、化学稳定性和耐溶剂性等优异性能，但是其模量、强度不够高，不能满足一些特定环境的使用要求，因此，提高PEEK的物理力学性能，可以扩大其应用范围和使用效率。碳纳米管(CNTs)自被发现以来就以其超强的模量和强度，良好的导电性、热传导等特性被作为聚合物理想的填充材料而广泛研究。但是由于CNTs与聚合物基体之间不混容，限制了CNTs在聚合物增强材料方面的应用。因此利用功能化碳纳米管表面上所具有的功能性基团如羧基(-COOH)、羟基(-OH)等来提高CNTs与高聚物之间的作用力，这无疑会大幅度地提高复合材料的物理力学、热学等性能。
　　 本文采用熔融共混的方法制备不同含量、不同种类多壁碳纳米管(MWNTs)的纳米复合纤维，MWNTs-OH/PEEK、MWNTs-COOH/PEEK及MWNTs/PEEK，对其进行紧张热定型，确定最佳热定型条件，发现纤维内部MWNTs的取向得到有效地提高，强度增大。采用X衍射分析(XRD)、热重分析(TG)和动态热力学分析(DMA)对热定型后的纳米复合纤维的结晶结构及热学性能进行了分析，机械性能通过研究纳米复合纤维的应力应变行为得到，采用场发射扣描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对其形貌进行了表征。结果表明，纳米复合纤维中MWNTs的加入对纤维晶型没有影响，质量百分含量超过0.8 wt％时开始出现团聚现象，MWNTs-OH及MWNTs-COOH的加入，使纳米复合纤维的初始分解温度升高，纤维的储能模量明显增大，纤维的断裂强度和初始模量明显增加。不同种类MWNTs增强PEEK纤维，MWNTs-COOH效果最明显，MWNTs-OH次之，MWNTs增强效果相对较弱，这可以用MWNTs-COOH与PEEK、MWNTs-OH与PEEK之间的氢键较强及MWNTs-COOH与PEEK界面可能生成化学键解释。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 聚醚醚酮(PEEK)简介

1.1.1 聚醚醚酮(PEEK)概况

1.1.2 聚醚醚酮的应用

1.1.3 聚醚醚酮的研发现状

1.1.4 聚醚醚酮纤维的性能及应用

1.2 碳纳米管概述

1.2.1 碳纳米管的结构

1.2.2 碳纳米管的性能及应用

1.3 碳纳米管/聚合物复合材料的制备

1.3.1 溶液共混法

1.3.2 熔融共混法

1.3.3 原位聚合法

1.4 聚合物-碳纳米管之间的相互作用力

1.5 纤维热定型的意义

1.6 本论文研究内容及意义

第二章 原料及实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 熔融共混法制备不同种类MWNTs/PEEK试样及热定型条件研究

2.3.1 熔融共混法制备MWNTs/PEEK纳米复合纤维

2.3.2 熔融共混法制备MWNTs/PEEK纳米复合纤维热定型条件

2.4 不同种类及不同含量MWNTs/PEEK试样性能表征

第三章 碳纳米管增强聚醚醚酮纳米复合纤维热定型条件研究

3.1 纺丝热甬道温度

3.2 形貌分析

3.3 差示扫描量热分析(DSC)

3.4 X射线衍射(XRD)分析

3.5 动态热机械分析(DMA)

3.6 机械性能分析

3.7 本章结论

第四章 碳纳米管增强聚醚醚酮纳米复合纤维性能表征

4.1 扫描电镜(FESEM)分析

4.2 不同种类碳纳米管与PEEK混溶性分析

4.3 热重(TG)和(DTG)分析

4.4 差示扫描量热分析(DSC)

4.5 X射线衍射(XRD)分析

4.6 机械性能分析

4.7 动态热机械分析(DMA)

4.8 本章结论

第五章 结论及展望

5.1 研究结论

5.2 问题及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢