PCNCC/MBAE复合材料的制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shilinjun2000
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纳米纤维素(NCC)取材于自然界,是廉价的可再生资源。由于NCC易于化学改性、轻质高强、热膨胀系数低且可生物降解等优异性能,其用途广泛。然而NCC分子结构中含有大量羟基,使其带有亲水性,导致NCC在疏水性基质的分散性与相容性差,限制了NCC的使用。双马来酰亚(BMI)具有良好的电绝缘性、耐湿热性且易加工等优点,但BMI存在固有的脆性。本文以BMI、3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)及双酚A双烯丙基醚(BBE)为原料制备了MBAE基体,通过在MBAE树脂中添加NCC改善其力学性能。为了减少NCC表面羟基数量使其在MBAE树脂中有更好的分散性,通过化学取代法将NCC表面羟基取代为烯丙基碳酸酯链,得到烯丙基碳酸酯化的纳米纤维素(PCNCC)。PCNCC保留NCC固有优异的性能同时引入烯丙基碳酸酯基团,提高其在MBAE树脂的分散性及相容性。再将PCNCC与MBAE树脂进行复合,得到综合性能优异的PCNCC/MBAE复合材料。本文的研究内容为:(1)首先通过H2SO4酸解法处理微晶纤维素,制得NCC,用红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)表征样品。(2)采用N,N-羰基二咪唑(CDI)为活化剂,甲代烯丙基醇(MPO)为改性剂,通过化学取代法制备含有烯丙基碳酸酯的纳米纤维素PCNCC。采用FTIR、TEM、X射线衍射(XRD)等手段表征样品,并对样品进行取代率以及分散性的测试。(3)利用原位聚合法将PCNCC掺杂在MBAE基体中制备PCNCC/MBAE复合材料。并通过扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、冲击试验、动态热机械分析仪(DMA)、精密阻抗分析仪对PCNCC/MBAE复合材料进行性能研究。结果表明:(1)酸解法制NCC的最佳条件为反应时间120 min、H2SO4浓度64%、反应温度45℃,制得NCC的尺寸为直径9~15 nm,长度110~250 nm,长径比约5~25的针棒状;(2)当制备PCNCC的工艺条件为反应温度50℃,NCC:CDI:MPO=1:3:1.5时,PCNCC的取代率高达16.35%;此时NCC和PCNCC均为纤维素Ⅰ型且形貌尺寸均一,PCNCC的结晶度比NCC小15.56%;与NCC相比,样品PCNCC能在BBE中可稳定分散。(3)相比于NCC/MBAE复合材料,PCNCC/MBAE复合材料断裂面更加粗糙,呈现韧性断裂。当NCC和PCNCC掺入量为0.2wt%时,其复合材料的弯曲强度分别为120.68 MPa和148.12 MPa,较基体分别提高了22.74%和50.52%;冲击强度分别为11.558 k J/m2和13.996k J/m2,较基体分别提高了27.79%和54.75%。NCC/MBAE和PCNCC/MBAE复合材料的力学性能明显有所提高;当PCNCC含量为0.2wt%时,PCNCC/MBAE复合材料玻璃化转变温度Tg值由纯MBAE的240.42℃提高到256.78℃;此时PCNCC/MBAE复合材料的介电常数为4.749,介电损耗为0.0021,保持MBAE原有的优异介电性能。
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