聚醚酮是聚芳醚酮家族中重要的品种之一,具有优异的耐磨损、耐腐蚀、耐热等级性能,同时力学强度较高,在精密机械、电子元器件、航空航天等对材料要求较苛刻的高端技术领域广泛应用。近年来,为进一步提高材料性能并且扩大其应用范围,关于聚醚酮及其复合材料的改性研究成为特种工程塑料领域的研究热点。本论文以多壁碳纳米管/聚醚酮纳米复合材料的研究为主线,为解决多壁碳纳米管在聚醚酮基体中易团聚难分散的问题,首先提出采用含大π共轭结构的小分子单体修饰多壁碳纳米管。通过多壁碳纳米管与共轭结构单体之间的π-π相互作用,将多壁碳纳米管表面缠绕和包覆,从而削弱和阻断多壁碳纳米管间的相互作用,实现其有效的分散。然后通过选择原位聚合的方式制备聚醚酮纳米复合材料。这样不但可以实现多壁碳纳米管在基体中进一步分散,还提高了二者的界面结合能力,达到多壁碳纳米管在聚醚酮基体中均匀分散的目的,从而提升复合材料的机械性能。根据上述思路,本论文具体工作如下:首先采用常见的熔融共混方式制备多壁碳纳米管/聚醚酮纳米复合材料。机械性能测试表明其拉伸强度及断裂伸长率均低于纯聚醚酮树脂,而且扫描电镜测试发现多壁碳纳米管在聚醚酮基体中出现大量团聚的现象。因此,我们又尝试通过常规的原位聚合方式制备多壁碳纳米管/聚醚酮纳米复合材料。该方法可将多壁碳纳米管直接复合到聚合物生产的反应体系中,在反应过程中利用反应装置机械搅拌的剪切作用、碳纳米管对单体小分子的吸附作用以及吸附的小分子由于参与反应带来的分子链增长所形成的包覆缠绕作用等促进碳纳米管的分散,最终提升了复合材料的机械性能。通过机械性能测试和扫描电镜结果,证明原位聚合是一种制备多壁碳纳米管/聚醚酮纳米复合材料的有效手段。在上述原位聚合所取得良好效果的基础上,进一步地设计合成了一系列主链中含有大π共轭结构芴基团的聚醚酮共聚物。研究了少量引入大π共轭结构(1~10%)对聚醚酮本身性能的影响。测试结果表明引入少量芴单元的聚醚酮共聚物不但表现出较好的热稳定性和高温尺寸稳定性,还具有较优异的机械性能。当双酚芴单元的含量为2%时,聚醚酮共聚物的弯曲强度为149.3 MPa相比于纯聚醚酮树脂提高12%、冲击强度为54.6 J/m较纯聚醚酮提高30%,并且其断裂伸长率比纯聚醚酮提高91%,在强度和韧性等方面均较聚醚酮树脂得到了大幅提升。通过上述实验,我们确定了优化后的共聚物组成,并得到“在聚醚酮中引入2%左右的双酚芴单元是有利于树脂的综合(力、热)性能提升的”这一重要结论。在上述结论指导下,我们采用含大π共轭结构的双酚芴单体预分散多壁碳纳米管,然后将其直接加入到聚醚酮原位聚合体系中,制备出了功能化多壁碳纳米管/聚醚酮纳米复合材料。仅1~2%碳管的添加,即可使复合材料的T_g比纯树脂提高10℃左右,且2%预分散碳管/聚醚酮纳米复合材料的拉伸强度达到128.6MPa,弯曲强度达到154.2 MPa,相比于纯树脂分别提升14%和16%。而且与同含量未分散的碳管/聚醚酮纳米复合材料相比,其拉伸和弯曲强度分别提高9%和4%,断裂伸长率提高了167%。这说明双酚芴预分散的碳纳米管填料在聚醚酮基体改性方面表现出了良好的同步增强增韧效果。扫描电镜对比测试发现,预分散的多壁碳纳米管能够更好地在聚醚酮基体中分散,并且增强了多壁碳纳米管与基体的界面作用。