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聚甲醛(POM)是重要的工程塑料之一,由于其热稳定性差、冲击韧性差等缺点,极大地限制了POM进一步的应用。开发热稳定高,韧性良好的高性能POM已经成为当今学术界和工业界研究的热点和重点。本文通过优化共聚单体的分子结构和聚合条件,合成了一系列含有支链结构、热稳定性良好的共聚甲醛。另外,通过反应的方法,制备了一系列组成不同的无溶剂碳纳米管流体与POM的复合材料。主要包括以下内容: ⑴通过阳离子开环聚合的方法,成功合成了一系列三聚甲醛(TOX)-环氧环己烷(CHO)共聚物(TOX/CHO),并通过1H NMR、FTIR-ATR、乌氏粘度计、TGA、DSC、偏光显微镜(POM)和XRD等分析手段对其结构和性能进行了表征。研究了聚合条件如聚合温度、引发剂种类、引发剂浓度、聚合方法、溶剂种类、聚合时间以及共聚单体用量对聚合物的稳定物收率、聚合物的粘均分子量、热稳定性及结晶性能的影响。研究结果表明,CHO在低温下具有良好的共聚合活性;引发剂HClO4的引发效率远远高于BF3·OEt2,而且随着引发剂BF3·OEt2浓度的增加,共聚物的熔融温度(Tm)和结晶温度(Tc)向高温移动;随着聚合时间的延长,CHO的聚合活性降低,共聚物的Tm和Tc均向高温有所偏移。另外,具有环状结构的CHO单体的引入,提高了POM的热稳定性,其中在二氯甲烷溶液中得到的共聚甲醛TOX/CHO的热稳定性最好,其Tonset可以达到350℃。 ⑵通过阳离子开环聚合的方法,成功合成了一系列三聚甲醛-环氧基硅烷共聚物,如三聚甲醛(TOX)-3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)二元共聚物(TOX/GPTMS)、三聚甲醛-二氧戊环(DXL)-3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅三元共聚物(TOX/DXL/GPTMS)及三聚甲醛-三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷(TMOCHES)二元共聚物(TOX/TMOCHES)。采用1H NMR和、FTIR-ATR、乌氏粘度计、TGA和DSC等分析手段,研究了聚合物的结构以及共聚单体用量和溶剂种类等聚合条件对聚合物的稳定物收率、聚合物的粘均分子量、热稳定性以及结晶性能的影响。研究结果表明,TOX与环氧基硅烷在HClO4的引发下可以获得热稳定性良好的共聚甲醛,并且随着环氧基硅烷加入量的增加,其共聚合活性明显增加,所得聚合物的结晶性能明显降低。在TOX和GPTMS二元共聚中,当GPTMS的加入量为0.5 mol%时,所得共聚甲醛TOX/GPTMS的Mη可以达到61700 g/mol。GPTMS的加入量为2.0 mol%和2.5 mol%时,所得共聚甲醛TOX/GPTMS的Tonset分别为329℃和326℃。在TOX、DXL和GPTMS三元共聚中,GPTMS比DXL能更显著地提高聚合物的热稳定性。GPTMS的加入量为0.5~2.5mol%时,所得共聚甲醛的Tonset可以达到324~335℃,这在TOX与GPTMS的二元共聚中,只有GPTMS的加入量达到2.0~2.5 mol%时才可以达到。在TOX和TMOCHES共聚中,当TMOCHES的加入量为2.5mol%时,所得共聚甲醛TOX/TMOCHES的Tonset为382℃,T50%为425℃。 ⑶通过熔融共混的方法,制备了组成不同的碳纳米管/聚甲醛(MWCNTs/POM)复合材料。采用TGA、DSC、DMA、SEM、万能材料试验机和半导体特性分析系统等分析手段对MWCNTs/POM复合材料的热稳定性、结晶性能、动态热力学性能、断面形貌、力学性能以及导电性进行了初步研究。研究结果表明,MWCNTs的加入,降低了MWCNTs/POM复合材料的热稳定性和结晶性能,而且MWCNTs/POM复合材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度都有不同程度的降低,但是MWCNTs/POM复合材料的断裂伸长率明显增加,韧性有所提高。