基于分子设计的新型聚苯腈及纳米金刚石粒子对其的增韧研究

聚苯腈是一类由含腈基单体聚合而成的高性能耐高温高分子材料，其力学机械性能优异，耐热性能及易加工性均优于目前广为使用的耐高温聚酰亚胺等高分子材料。本研究旨在通过分子设计，引入主链萘基芳香基团，合成萘基聚苯腈高分子，利用萘基芳香环的高空间位阻及化学稳定性，提高材料的玻璃化温度及耐热性能，阐明聚苯腈高分子材料结构与耐热性及机械性能的关系，找出合适的分子结构及最优加工条件。此外，本研究还将利用纳米金刚石粒子对聚苯腈材料进行增韧，探索金刚石粒子的表面功能化及其对聚苯腈高分子材料的增韧机理，达到制备出高韧性耐高温聚苯腈高分子材料的目的。.通过本项目的实施，将增加对此类新型聚苯腈高分子及纳米金刚石粒子的深入了解，并形成具有自主产权的核心知识与技术。

本项目制备了几种新型高性能耐高温萘基聚苯腈，并利用差示扫描量热仪、广角X射线衍射及红外等方法进行了表征。根据红外分析，所利用得萘基聚苯腈形成了聚吡咯结构，并且表现出了高模量、高玻璃化温度（411oC）及高热稳定性。本项目还制备了烷基中心聚苯腈，具有高热稳定性及高模量及良好的可加工性，并探讨了其热分解机理。以芳香二酚（间苯二酚，2,7-二羟基萘，1,6-二羟基萘）、2,6-二氯苯腈和4-硝基邻苯二甲腈为主要原料制备了六种新型耐高温低熔点型苯腈单体，并利用4,4’-二氨基二苯醚引发聚合。通过FT-IR、NMR、DSC、TGA、DMA等手段表征了单体和聚合物的结构及性能，结果表明所合成的苯腈单体产物纯净，熔点在90-116℃，加工窗口为125-155℃。所制备聚苯腈树脂的起始分解温度（Tid）都高于460℃，有限氧指数（LOI）均高于47，表现出了良好的加工性、高阻燃性、优异的热稳定性及高玻璃化转变温度（>380℃）。制备了4-氨基苯氧基苯腈，并利用其来催化固化间苯二酚型等多种聚苯腈，所得聚苯腈树脂具有高模量及高热稳定性，并研究了后固化对材料热稳定性及机械性能的影响。采用纳米金刚石对聚苯腈进行改性增韧，分析结果表明，纳米金刚石可有效提高聚苯腈树脂的断裂韧性。