聚苯并咪唑及其复合材料的制备和性能研究

来源 :中国科学院兰州化学物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoupeng4348
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合成了3,3’-二胺基联苯二胺和3,3’,4,4’-四胺基二苯醚两种单体,并利用所合成的单体合成了四种聚苯并咪唑。制备了钛/聚苯并咪唑和碳纤维/聚苯并咪唑两种复合材料。考察了钛含量、碳纤维含量对聚苯并咪唑复合材料力学性能、摩擦学性能的影响。研究结果表明:   1.合成了3,3’-二胺基联苯二胺和3,3’,4,4’-四胺基二苯醚两种单体和四种聚苯并咪唑。研究了以二胺为起始原料,经酰化、硝化、碱解和还原反应制备高纯度单体的合成工艺。溶液缩聚法合成了聚苯并咪唑。研究了单体结构对聚苯并咪唑的分子量、结晶性、热稳定性和溶解性的影响。芳香二羧酸酯类单体有利于提高聚苯并咪唑的分子量。3,3’,4,4’-四胺基二苯醚合成的聚苯并咪唑,分子结构中引入的醚氧键提高了溶解性,但降低了结晶性和热稳定性,这类聚苯并咪唑适于制备薄膜材料。3,3’-二胺基联苯二胺合成的聚苯并咪唑热稳定性较高,有一定的结晶性,但是溶解性较低,适于制备复合材料。   2.真空热压烧结法制备了聚苯并咪唑复合材料。真空度、烧结压力和烧结温度是影响聚苯并咪唑复合材料性能的主要参数。烧结压力越高,复合材料的致密度越高;力学性能越好。高真空有利于脱除聚苯并咪唑吸附的水、磷酸以及固相聚合过程中产生的水等挥发性物质,减少了聚苯并咪唑复合材料在烧结过程中产生的缺陷,提高了复合材料的致密度,从而提高了聚苯并咪唑复合材料的力学性能。研究了烧结温度对聚苯并咪唑复合材料性能的影响。   3.聚苯并咪唑包覆钛粉法制备了钛/聚苯并咪唑复合材料。由于钛原子具有空的d轨道,聚苯并咪唑1-N原子具有孤对电子,两者可以形成配位键,填料钛提高了聚苯并咪唑复合材料的力学性能。钛含量对复合材料的硬度、摩擦系数和磨损率影响较小;5%钛是最佳的添加量,压缩强度增加15.50%,拉伸强度增加9.38%,弯曲强度降低5.26%。钛/聚苯并咪唑复合材料具有优异的高温摩擦学性能。摩擦系数小于0.35,磨损率小于2×10~mm3/Nm,而且随着温度的升高,摩擦系数显著降低。   4.原位合成法制备了碳纤维/聚苯并咪唑复合材料。未经处理的碳纤维与聚苯并咪唑基体材料之间以范德华力结合,增强效果有限;液相氧化处理的碳纤维,在碳纤维表面引入了活性基团,这些基团可以与聚苯并咪唑的单体发生化学反应,使碳纤维与基体材料形成共价键,充分发挥了碳纤维的增强效果。4%的碳纤维是最佳填料添加量,含4%碳纤维的聚苯并咪唑拉伸强度、压缩强度和弯曲强度分别提升了15.38%、55.44%和49.63%。碳纤维同时提高了聚苯并咪唑的抗磨性能,摩擦系数随温度的升高而下降。
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