电纺聚酰亚胺/碳纳米管纤维增韧环氧树脂及其导热绝缘性能

在保持电绝缘性的前提下，为克服环氧树脂韧性不足和导热性差的缺陷，本项目采用结构设计方法，首先合成聚酰胺酸（PAA）溶液，通过同轴静电纺丝制备MWNT/PAA复合纤维膜，经热亚胺化为MWNT/聚酰亚胺（PI）复合纤维膜，以其作为骨架浇注环氧树脂（EP），固化后得到内部为MWNT/PI纤维构成的三维网络结构的环氧树脂复合材料。研究复合材料的组成、结构、导热、电绝缘性及力学性能，并探讨MWNT/PI纤维骨架对复合材料导热性能和力学性能的影响规律。包覆MWNT的PI纤维一方面起绝缘层作用屏蔽MWNT的导电能力；另一方面起界面层作用增加MWNT和环氧树脂之间的"模量匹配"程度，减少界面热阻，提高材料的导热性能，从而制备出新型环氧树脂复合材料，为高性能的导热绝缘高分子复合材料的研究和开发提供新的方法和理论基础。

针对环氧树脂韧性不足和导热性差的缺陷，本项目采用结构设计方法，将碳纳米管/聚合物电纺纤维作为环氧树脂的填料，成功制备了内部为碳纳米管/聚合物纤维构成的三维网络结构的环氧树脂复合材料。首先合成了聚酰胺酸（PAA）及功能化的碳纳米管(F-MWNTs)，通过溶液静电纺丝并结合热亚胺化制备F-MWNTs/聚酰亚胺（PI）复合纤维膜。由于碳纳米管在纤维中均匀分布，且沿纤维轴向排列，随着碳纳米管含量增加，复合纤维仍保持了良好的电绝缘性能，并且热稳定性、导热率及力学性能大大提高。当F-MWNTs的含量为5wt%，纤维膜5 %失重温度（T5%）提高了97 °C，断裂伸长率和拉伸强度分别提高了198 %和82 %，导热系数提高了234 %，但在F-MWNTs的含量过高时（10wt%)，碳纳米管的部分团聚导致复合纤维膜的传热和力学性能有所降低。同时还制备了一系列聚合物复合电纺纤维，包括聚左旋乳酸（PLLA）、聚已内酯（PCL）、尼龙6（PA6）为聚合物基体，F-MWNTs、羟基磷灰石（HA）为填料，并研究了PLLA/PCL/HA、PLLA/PCL/F-MWNTs复合纤维膜的结构及生物相容性、生物可降解性。以F-MWNTs/PI、F-MWNTs/PA6复合纤维为骨架浇注环氧树脂（EP），制备了两种新型环氧树脂复合材料，系统研究了F-MWNTs/PI/EP、F-MWNTs/PA6/EP的微观形貌、热稳定性、结晶性、导热、绝缘性及力学性能，揭示了复合材料的结构与性能之间的关系。随着复合纤维填充量的增加，其在环氧树脂内部“钢筋骨架”的形成，对环氧树脂起到增强、增韧作用。当F-MWNTs/PA6复合纤维中F-MWNTs含量为1wt%时，F-MWNTs/PA6/EP复合材料的力学性能最佳，弹性模量提高了658 %，断裂伸长率增加了50%，拉伸强度增加了200%。此外，还研究了电纺聚酰亚胺/碳纳米管复合碳纤维的制备、表征及应用。本项目为高性能的导热绝缘高分子复合材料的研究和开发提供了新的方法和理论基础。