新型杂萘联苯结构聚芳醚砜（酮）及其共混物结构与性能研究

论文摘要

新型含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮是本课题组近年来开发成功的一类高性能工程塑料,是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚新品种,性能价格比优异,具有很好的应用前景。但在加工生产及应用中该类纯树脂材料显示出一些不足之处,比如熔体粘度高导致热成型加工困难,材料脆性较大等,极大地限制其推广应用,因而需要进行改性。据此,本论文采用熔融共混及溶液共混方式对含二氮杂萘联苯结构聚芳醚类树脂进行改性,系统研究了改性材料的结构和性能关系,以期为将来工业化生产和应用提供理论依据。 采用逐步聚合方法制备了新型特种工程塑料含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮PPESK（S/K=50/50）、聚芳醚砜（PPES）及聚芳醚酮酮（PPEKK）。利用热失重（TGA）分析仪,氮气氛围中,多重加热扫描速率下的不定温法对PPESK（50/50）、PPES及PPEKK进行热分解动力学研究。根据Satava法得出,聚合物PPESK（50/50）分解反应机理为随机成核和随后生长,反应级数n=1;而聚合物PPES的热分解反应机理为相界面反应模式,反应级数n=2;PPEKK的热分解机理为三维扩散（3D）;同时采用经典动力学方程Friedman、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）及Ozawa计算了热分解动力学参数（Ea,lnz）。重点考察不同升温速率、酮/砜比对PPESK（50/50）、PPES及PPEKK的热稳定性影响,并且根据得到的动力学参数推测其在高温使用条件下的使用寿命及对热分解反应过程中“动力学补偿效应”（KCE）进行分析。 采用动态热机械分析仪（DMTA）对新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜（酮）及与聚四氟乙烯（PTFE）共混物,进行动态热机械性能表征。研究结果表明:新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜酮PPESK的热稳定性能良好,在较高温度范围内储能模量保持在相对较高值,能较好的作为结构件使用。新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜酮PPESK（S/K=80/20）的耐热性比新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚砜酮PPESK（S/K=20/80）好,这是由于前者的砜基/酮基的比例比后者高,而砜基的键能比酮基的键能较高所致。另外,随着扫描频率的提高,PPESK的α松弛峰移向高温。PPESK（20/80）中共混加入10%PTFE可提高其玻璃化温度,但当含量大于10%后,共混体系的玻璃化温度（Tg）并不随着PTFE含量的增加而继续提高。同时采用Arrhenius方程计算PPESK（20/80）及其共混物α转变时分子运动活化能。 利用动态热机械仪（DMTA）及热失重仪（TGA）对采用熔融挤出方法制备的新型含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮PPESK（80/20）与聚醚砜（PES）共混物进行研究。动态热机械性能表明,加入PES对PPESK（80/20）的热稳定性有较大影响。另外,动态机械性能表明,在所研究的组分范围内共混物只有一个玻璃化转变温度,并随着PPESK（80/20）含量增加而升高,表明两组分完全相容。采用热失重仪测试PPESK（80/20）/PES共混物的热失重来分析

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 高性能工程塑料
• 1.3 高性能工程塑料改性研究
• 1.3.1 化学改性
• 1.3.2 共混改性
• 1.3.3 高强度工程塑料设计
• 1.3.4 耐热性工程塑料设计
• 1.3.5 耐磨性工程塑料设计
• 1.4 高性能工程塑料共混物
• 1.4.1 聚苯硫醚共混物
• 1.4.2 聚醚醚酮共混物
• 1.4.3 聚芳砜共混物
• 1.4.4 聚芳酯共混物
• 1.4.5 聚醚酰亚胺共混物
• 1.5 新型杂萘联苯结构聚芳醚砜酮研究进展
• 1.5.1 合成与开发
• 1.5.2 结构与性能
• 1.5.3 改性与应用
• 1.6 本论文目的及研究内容
• 2 新型杂萘联苯结构聚芳醚类聚合物热分解动力学研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 原材料制备
• 2.2.2 测试
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 热稳定性
• 2.3.2 聚合物热分解活化能与其玻璃化温度关系
• 2.3.3 机理推测
• 2.3.4 动力学补偿
• 2.3.5 寿命预测
• 2.4 本章小结
• 3 杂萘联苯型聚醚砜（酮）及与聚四氟乙烯共混物动态热机械性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原材料
• 3.2.2 动态机械性能测试
• 3.2.3 热重分析（TGA）
• 3.2.4 样品制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PPESK／PTFE热性能
• 3.3.2 应变扫描
• 3.3.3 动力学温度谱
• 3.3.4 PPESK及其共混物频率谱
• 3.3.5 PPESK及其共混物分子运动活化能
• 3.3.6 共混物组分对α松弛峰影响
• 3.3.7 时-温叠加原理
• 3.4 本章小结
• 4 新型杂萘联苯型聚醚砜酮／聚醚砜热性能及动态热机械性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 共混物制备
• 4.2.3 热失重分析（TGA）
• 4.2.4 动态机械性能（DMTA）测试
• 4.2.5 力学性能
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚合物的热稳定性
• 4.3.2 热分解动力学
• 4.3.3 寿命预测
• 4.3.4 动态机械性能
• 4.4 本章小结
• 5 新型杂萘联苯型聚醚砜酮／聚芳酯共混物结构与性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 PPESK／PAR共混物制备
• 5.2.3 DSC表征
• 5.2.4 扫描电镜（SEM）分析
• 5.2.5 热失重分析（TGA）
• 5.2.6 动态机械性能（DMTA）测试
• 5.2.7 力学性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 熔融加工性
• 5.3.2 DSC表征
• 5.3.3 扫描电镜
• 5.3.4 力学性能
• 5.4 热分解动力学
• 5.4.1 理论基础—Friedman方法
• 5.4.2 PPESK／PAR共混物热稳定性
• 5.4.3 动态热机械性能
• 5.5 本章小结
• 6 基于人工神经网络的PPESK材料力学性能预测与评估
• 6.1 引言
• 6.2 人工神经网络的建立
• 6.2.1 神经网络的类型
• 6.2.2 BP网络计算流程图
• 6.2.3 隐含层数
• 6.2.4 数据样本的正规化与反正规化处理
• 6.2.5 BP神经网络的建模
• 6.2.6 预测模型的MATLAB实现
• 6.3 BP网络的学习与验证
• 6.3.1 样品制备
• 6.3.2 网络训练
• 6.3.3 隐含层神经元数优选
• 6.3.4 学习参数对网络性能影响
• 6.3.5 样本检测
• 6.3.6 力学性能预测
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 全文结论
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况及获奖情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 附录：本论文中所用英文缩写符号说明
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书