聚醚酮腈共聚物的合成与性能研究

聚醚酮腈共聚物的合成与性能研究

特种工程塑料凭借其优越、独特的综合性能,在电子电器、汽车工业、军工产品和航空航天等领域被广泛的应用。聚芳醚类聚合物是近几十年快速发展的一类特种工程塑料,长期使用温度均在200 ~oC以上,常见的比如有聚芳醚腈(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚砜(PAES)等。

聚醚酮腈共聚物是一类兼具聚芳醚腈和聚醚醚酮优异性能的聚芳醚类聚合物,不仅改善了聚醚醚酮的溶解性,而且提高了聚芳醚腈的机械性能和击穿强度。本文通过分子结构设计,将4,4’-二氟二苯甲酮单体引入到聚芳醚腈分子主链中,并详细地研究了其结构与性能之间的关系。

1.以2,6-二氯苯甲腈,4,4’-二氟二苯甲酮(氰基与酮基的摩尔比为8:2)和联苯二酚、对苯二酚、双酚A、酚酞啉为原料,通过亲核取代缩聚反应合成了不同结构的聚醚酮腈共聚物(PENK)。PENK共聚物的结构通过红外光谱进行表征,其结果表明酮基被成功引入到聚合物分子主链中。

所有PENK共聚物的特性粘度约为1dL/g,展示了良好的成膜性能和拉伸强度(85-110 MPa)。与聚醚醚酮相比较,PENK共聚物在极性溶剂中表现出了良好的溶解性。

此外,PENK共聚物还展示出了优秀的耐热性和热稳定性,其玻璃化转变温度和5%热失重温度范围分别在170-237 ~oC和409-555 ~oC之间;该类聚合物也展示出了高的击穿强度(161-253 kV/mm)和良好的储能密度(0.3-1.0 J/cm~3)。通过聚合物分子结构与性能比较,采用联苯二酚所合成的PENK共聚物展示了更优异的综合性能。

为了进一步增强联苯二酚型聚醚酮腈共聚物(PENK-BP)的性能,对其合成工

艺条件进行了优化,主要包括聚合物反应的溶剂种类、缩聚阶段的反应温度和反应时间。结果表明,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,缩聚阶段反应温度提升至185 ~oC,反应时间延长至2 h,PENK-BP共聚物的特性粘度可达到3.1 dL/g,其热学性能和力学性能提升显著。

2.为了研究酮基含量对PENK-BP共聚物的影响,通过调节2,6-二氯苯甲腈和4,4’-二氟二苯甲酮单体的摩尔比,以嵌段共聚的方式合成聚醚酮腈共聚物。通过扫描电子显微镜(SEM)和差热扫描量热仪(DSC)测试,证实了所有聚醚酮腈共聚物都是均一相。

利用红外光谱对PENK-BP共聚物的分子结构进行表征,结果表明该聚合物与所设计的分子结构一致。此外,PENK-BP共聚物的力学性能、热学性能、介电性能也被表征。

结果表明,酮基含量为20%时,PENK-BP共聚物具有最佳的性能,其拉伸强度为117 MPa;玻璃化转变温度基本维持在216 ~oC,5%热失重温度为535.3 ~oC;介电击穿强度和储能密度分别是244.6 kV/mm和1.11 J/cm~3。3.为了改善PENK-BP 共聚物的加工性能,通过溶液共混法将低分子量的PENK-BP共聚物与高分子量PENK-BP共聚物按照不同比例制备了一系列共混聚合物;并对最佳结晶性和成膜性比列的共混聚合物薄膜在不同条件下进行了热处理,系统的对其结晶性、热学性能、力学性能、介电性能进行了研究。

实验结果表明,低分子量的PENK-BP共聚物含量为60%时,共混物在280 ~oC 下热处理3 h具有最佳的结晶性、击穿强度以及力学性能。