【摘 要】
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在高分子材料迅速发展的当今社会,结晶性高分子材料占据大半江山。聚芳醚腈作为一种含有氰基侧基的特种高分子材料,广泛应用于国防军工、航空航天、信息电子、生物医疗等高精尖领域。结晶性聚芳醚腈由于其分子链排列规整而具有优异的耐高温、机械强度、耐腐蚀等性能。结晶性聚芳醚腈在合成过程中易析出,普遍存在难以形成稳定合成工艺的问题,因此其优异的性能与其制备的高成本成为一对显著的矛盾。针对以上问题,本文为解决结晶性
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在高分子材料迅速发展的当今社会,结晶性高分子材料占据大半江山。聚芳醚腈作为一种含有氰基侧基的特种高分子材料,广泛应用于国防军工、航空航天、信息电子、生物医疗等高精尖领域。结晶性聚芳醚腈由于其分子链排列规整而具有优异的耐高温、机械强度、耐腐蚀等性能。结晶性聚芳醚腈在合成过程中易析出,普遍存在难以形成稳定合成工艺的问题,因此其优异的性能与其制备的高成本成为一对显著的矛盾。针对以上问题,本文为解决结晶性聚芳醚腈合成难的问题,从工艺改进和原料配比上进行研究,制备出了具有一定结晶性的聚芳醚腈共聚物（HQ/BPA-PEN）,并通过单向热拉伸的方式对其进行改性。再通过填充芳纶纤维粉末制备得到了芳纶纤维填充聚芳醚腈复合材料（AF/PEN）,并通过热拉伸的手段进一步提高复合材料的性能。主要研究内容如下:一、选用双酚A和对苯二酚一同作为合成聚芳醚腈的二酚原料,与2,6-二氯苯甲腈无规共聚合成了具有一定结晶性的聚芳醚腈材料。通过改变双酚A与对苯二酚的比例调节结晶性不好和合成过程中晶体易析出导致分子量不高的矛盾。随着双酚A含量的减少,聚芳醚腈结晶性增加,但合成更加困难,难以得到高分子量的PEN。当双酚A含量为15%时（HQ/BPA-PEN85）,聚芳醚腈在具有较高分子量的同时仍然具有一定结晶性,其结晶度为23.5%。此时,其拉伸强度和断裂伸长率分别为134.18 MPa和9.54%。二、以HQ/BPA-PEN85为研究对象,通过流延法浇铸成膜后分别控制时间和温度进行等温热处理。通过DSC测试发现,聚芳醚腈的晶体完善程度随着温度的升高和时间的增加逐渐增加,且受到温度变化更为敏感。利用荧光微区测试和紫外-可见光测试等光学手段定性分析了聚芳醚腈结晶度的变化。通过对热学、结晶性等性能的综合分析后得到单向热拉伸条件为:270℃到280℃之间单向热拉伸,并在280℃稳定1 h。利用外加温度场和重力场进行单向热拉伸,并研究了单向热拉伸对其性能的影响。通过热学、力学、介电、观测微观形貌和XRD拟合结晶度等分析,拉伸率为200%时的综合性能最佳。其结晶度从14.3%增加到34.5%,5%的热分解温度(Td5%)大于500℃,拉伸强度提高46.6%,断裂伸长率从8.16%提高到17.64%,介电常数维持在3.3左右,介电损耗低于0.02。三、利用芳纶纤维粉末的高强度和一维特性填充结晶性聚芳醚腈,制备得到不同芳纶纤维粉末含量的芳纶纤维填充聚芳醚腈复合材料（PEN/AF）。填充芳纶纤维之后,通过XRD曲线拟合结晶度和观察微观形貌后发现结晶度增加,测得介电常数显著增加,介电损耗略有降低。通过对热性能、力学性能等分析后,芳纶纤维粉末含量为0.3%时,具有最高的玻璃化转变温度和熔点,最大的拉伸强度、弹性模量和最强的韧性。因此选用芳纶纤维含量为0.3%的复合薄膜进行单向热拉伸。通过对不同拉伸率的薄膜材料的热性能和力学性能的测试、XRD对结晶度的拟合和微观形貌的观察,发现300%拉伸率的薄膜材料（PEN/AF3-300）具有最优异的综合性能,其结晶度从31.4%增加到36.1%,Tm降低约20℃,Td5%升高约10℃。另外,通过单向热拉伸,PEN/AF3薄膜的介电常数略微增加,介电损耗从0.017降低到0.007。从XRD曲线和DSC的熔融峰变化可知,PEN/AF3薄膜的结晶度增大的同时,晶体逐渐趋于完善。
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