论文部分内容阅读
苯并唑类聚合物是一类主链上包含2,6-苯并双杂环的对位芳香聚合物,是新一代高强度、高模量、耐高温高分子材料的代表,在航空、航天和其它特殊领域具有广阔的应用前景。碳纳米管由于尺度进入纳米级尺寸拥有特殊的电性能,通过对其进一步改性,与苯并唑类聚合物复合,以期能够制备得到吸波性能更为优异的聚合物纳米材料。 为了有效提高苯并唑类聚合物的吸波性能,本课题选择高介电常数的的无机纳米粒子钛酸钡以及化学结构高度共轭的苯并环丁烯对碳纳米管进行改性,并且通过原位聚合法以及ATRP法与苯并唑类聚合物基质进行复合制备纳米复合材料,对聚合物的电磁波吸收性能以及介电性能进行研究,实现复合材料的结构功能一体化。 主要研究结果如下: 1.通过强氧化性的浓硝酸对碳纳米管进行纯化以及表面处理,将羧基引入到碳纳米管表面,并通过热溶剂法制备了纯度高、结晶性好的BaTiO3/MWNTs吸波剂。研究结果表明:1)产物中钛酸钡纳米粒子晶体结构和化学键结构清晰明确,并且与碳纳米管之间通过化学键进行键接,能够稳定地包覆在碳纳米管表面;2)钛酸钡纳米颗粒的尺寸为5-15 nm,具有清晰的球状结构;3)产物在600℃氮气氛下几乎没有发生热失重,具有优异的热稳定性;4)样品厚度3.5mm时候,样品的最大反射率值为-44.39 dB,有效吸波范围为4.08-5.84 GHz,同时可以根据不同的吸波范围及频段对材料的使用厚度进行匹配。 2.采用原位聚合法成功制备了BaTiO3/MWNTs/PBO复合材料薄膜。通过红外、XRD以及SEM对BaTiO3/MWNTs/PBO复合材料进行结构和形貌表征,并对复合材料的力学性能、耐热性能以及吸波性能进行测试,研究结果表明:1)所得复合材料结构清晰明确,通过化学键进行键接;2)BaTiO3/MWNTs均匀分散在PBO基质之中,起到了“桥梁”作用;3)复合材料具有优异的拉伸性能,BaTiO3/MWNTs质量分数为15%时,薄膜的拉伸强度为145.9 MPa,相比于纯的PBO的65.7 MPa,提高了122.1%。说明BaTiO3/MWNTs不仅不会对材料基本性能造成降低,更有利于复合材料热稳定性和力学性能的提高;4)BaTiO3/MWNTs纯PBO几乎没有电磁波吸收性能,BaTiO3/MWNTs/PBO的最大反射率为-45.7 dB,有效吸波频率范围为8.4-10.3 GHz以及14.2-16.4 GHz。 3.设计合成了N-(o-羟基苯基)丙烯酰胺单体及其热关环产物2-乙丙烯基苯并噁唑作为ABPBO的单体,通过ATRP反应法,探索研究了一种制备MWNT/ABPBO复合材料的新方法。通过对产物的结构、形貌以及性能的测试,结果表明:1)通过核磁以及红外对单体产物结构进行表征,产物结构清晰并且具有高纯度;2)通过对MWNT/ABPBO复合材料的结构以及形貌进行表征,可以得出复合材料的结构明确,聚合物与碳纳米管通过化学键紧密键接,产物无杂质出现;3)通过对MWNT/ABPBO的热稳定性进行测试得出,碳纳米管的加入并没有使复合材料的稳定性下降,反而略有提升;4)通过对MWNT/ABPBO的电磁波吸收性能进行测试可以得出,复合材料可以在高频率下获得突出的吸波性能,样品的最佳匹配厚度为2.5 mm,在频率为17.2 GHz时,最大反射率可达到-25.1 dB。 4.通过狄尔斯阿尔德反应将苯并环丁烯结构引入碳纳米管表面,得到了碳纳米管ATRP大分子引发剂,将所得引发剂通过ATRP反应与2-乙丙烯基苯并噁唑单体反应制备MWNT-g-ABPBO复合材料,对其结构、形貌以及性能进行表征和测试得到:1)通过红外、核磁对材料进行结构表征,通过透射电镜和扫面电镜对复合材料进行形貌表征,证明了复合材料的结构明确,碳纳米管大分子引发剂通过化学键键接;2)通过对MWNT-g-ABPBO复合材料热稳定性测试,证明ATRP反应各个官能团清晰明确,并且在300℃以内可以保持非常好的热稳定性;3)对MWNT-g-ABPBO复合材料的电磁波吸收性能进行研究,得出不同厚度的复合材料有效吸波范围为14-18 GHz整个频段内均能够表现出持续而稳定的吸波能力,并且在样品厚度为3.5 mm以下时电磁波的吸收能力随着样品厚度的增加而上升。样品的最大反射率为-47 dB,所对应的样品厚度为3.2 mm,频率为15.4 GHz。 5.以二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂,采用溶液共混法制备了MWNT-BCB/PBO复合材料。研究结果表明:1)通过超声20分钟,MWNT-BCB在溶剂DMAc中具有优异的稳定分散性,有利于制备出均一稳定的复合材料;2)通过红外表征可以证明MWNT-BCB/PBO复合材料的结构清晰,各官能团结构也没有在热关环作用中被损坏;3)通过SEM电子显微镜观察,苯并环丁烯改性碳纳米管在PBO基质中可以均匀分散,并没有发生团聚现象;4)通过对材料热稳定性进行测试可以得出,MWNT-BCB/PBO复合材料中的苯并环丁烯结构会在350℃左右发生热降解,这也符合其结构特点;5)由于苯并环丁烯具有共轭结构,有利于电子的流通,因此MWNT-BCB/PBO的介电性能相比于纯PBO具有很大提高,当MWNT-BCB的质量分数为12%的时候,频率为10 Hz时候,复合材料的介电常数达到25,是纯PBO的十倍。