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聚合物多孔材料(polymeric porous materials),具有较大的比表面积和重量轻等诸多优点,可用于吸附、分离、过滤、屏蔽和多相催化等诸多场合。在众多的聚合物材料中,环氧树脂固化物具有优异的机械性能、力学性能、电性能、粘接性能、热稳定性能和化学稳定性能,而被广泛应用于电子材料、高性能复合材料等各个领域,因此结合环氧树脂和多孔材料的优点制备出的环氧树脂多孔材料具有很大的应用前景。 陶瓷成型用传统石膏模的强度低,热稳定性和耐化学腐蚀性能差,使用次数和循环周期短,对陶瓷行业生产高效、优质的陶瓷产品造成了严重的制约。因此开发新型优质的模具材料成为了关键,该模具材料不仅要有优于石膏的机械性能、耐腐蚀性能及热性能,而且还要有一定的多孔孔道结构作为水迁移的通道。环氧树脂多孔材料能够满足上述的诸多要求,作为可替代石膏的成型模具而被工业化应用。 近年来,电子通信设备的广泛使用使电磁波成为了一种新型环境污染源,开发新型的电磁屏蔽材料成为了迫切需要解决的问题。碳纳米管具有较高的长径比、高比表面积和优异的电传导与热传导性能,广泛应用于制备高性能聚合物电磁屏蔽材料。碳纳米管间存在巨大的分子间作用力,在聚合物中分散性能不好,易发生团聚而影响复合材料的性能,因此碳纳米管的功能化成为了制备碳纳米管复合材料的关键。此外,多孔材料的屏蔽性能能够有效地屏蔽电磁波,在原有无孔材料的基础上提升材料的电磁屏蔽效能。 本论文主要制备了多孔环氧树脂复合材料及功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料,以寻求替代石膏模具的多孔树脂模具以及高效的多孔电磁屏蔽材料。具体研究内容如下: (1)利用蓖麻油酸(RA)和二聚蓖麻油酸(DRA)对四乙烯五胺(TEPA)进行改性,制备了同时具备乳化性能和固化性能的自乳化水性环氧树脂固化剂(RATEPA和DRATEPA),通过测定体系的胺值研究了温度和反应时间对反应过程的影响,并确定了最佳的反应条件:反应温度160℃,反应时间6h。 (2)以环氧树脂为基体,釉粉为填料,改性的四乙烯五胺为固化剂,利用树脂-水-填料三相体系悬浮乳液聚合法在室温下制备了环氧树脂多孔复合材料,研究了不同固化剂的分子量、不同的填料粒径以及不同的树脂相和水相的比例对多孔复合材料孔径、力学性能的影响。实验结果表明:通过改变固化剂的分子量、填料的粒径、环氧树脂相和水相的比例可以对孔径及孔隙率进行调控。随着水相和树脂相的比例增大,填料粒径的增大,固化剂分子量的减小,都会使多孔材料的孔径和孔隙率增大,强度降低。当填料粒径为40μm,固化剂为RATEPA,树脂相与水相比例为1∶2时,多孔材料的孔径为3.449μm,孔隙率为21.8%,压缩强度为26.89MPa,综合性能最佳。TGA测试结果表明环氧树脂多孔材料在379℃之前具有良好的热稳定性。 (3)以马来酸酐为功能化基团,通过自由基反应对碳纳米管表面进行功能化,改善了碳纳米管在环氧树脂中的分散性能。利用树脂-水-填料三相体系悬浮乳液聚合法制备了功能化碳纳米管/环氧树脂多孔复合材料,研究了不同含量碳纳米管对多孔材料的电导率和电磁屏蔽效能的影响。结果表明:马来酸酐功能化单体的引入能够很好地改善碳纳米管的分散性能及材料的电磁屏蔽性能;随着碳纳米管含量的增多,复合材料的电导率和电磁屏蔽性能均增大,加入功能化的碳纳米管比加入未功能化碳纳米管的电磁屏蔽性能高,多孔复合材料比无孔复合材料的电磁屏蔽性能高。当加入功能化的碳纳米管的量为3%时,制备得到的多孔材料电磁屏蔽性能最佳,其电磁屏蔽性能峰值达到31.2dB。