聚双环戊二烯及其共聚物的改性研究

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聚双环戊二烯(PDCPD)是一种兼具刚性和韧性双重力学性能的工程塑料,具有优良的加工性能和机械性能、并且具有质轻、耐化学腐蚀及涂饰性能佳等优点,这使得PDCPD受到广泛关注。目前对PDCPD的研究主要集中在进一步提高其力学性能及热性能方面,向其聚合体系中加入其他组分制备PDCPD的复合材料成为近些年的研究热点。本研究合成了第一代Grubbs催化剂,并利用该催化剂实现了双环戊二烯(DCPD)的ROMP,制备了PDCPD材料,并将带有环戊二烯端基的1-辛基-2,4-环戊二烯(OCPD)与DCPD共聚制备了共聚物OCPD/polyDCPD材料,考察了其力学性能及热性能。PDCPD的力学测试结果表明:随着催化剂用量的减少,PDCPD的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均呈现出先增加后下降的趋势,当单体与催化剂的摩尔比为1000:1时,PDCPD的拉伸强度、弯曲强度及模量均达到最大;随着催化剂用量的减少,PDCPD的拉伸模量呈现下降的趋势,抗冲击强度呈现出上升的趋势;共聚物OCPD/polyDCPD的测试结果表明:共聚物的拉伸强度及模量、弯曲强度和模量以及抗冲击强度均呈现出先增加后下降的趋势,当OCPD的加入量为10 wt%时,共聚物OCPD/polyDCPD的拉伸强度和模量达到最大值,分别为53.88 MPa和925.94 MPa,其抗冲击强度也达到最大,为89.37kJ/m2;当OCPD的加入量为2.5 wt%时,共聚物OCPD/polyDCPD的弯曲强度及模量达到最大,分别为92.25 MPa和2600.31 MPa。共聚体系的热稳定性随着OCPD的加入而有所提高。为了进一步改善体系的力学性能和热性能,将碳纤粉加入到DCPD聚合体系中制备了CF/polyDCPD复合材料,并探究了碳纤粉的加入量对CF/polyDCPD复合材料力学性能和热性能的影响。实验结果表明:碳纤粉的加入使得CF/polyDCPD复合材料的弯曲强度及模量呈现出先增加后下降的趋势,当加入5 wt%的碳纤粉时,CF/polyDCPD复合材料的弯曲强度达到最大为96.81 MPa,当加入10 wt%的碳纤粉时,CF/polyDCPD复合材料的弯曲模量达到最大为3544.98 MPa;碳纤粉的加入使得CF/polyDCPD复合材料的抗冲击强度大幅度下降;碳纤粉的加入使得CF/polyDCPD复合材料的热稳定性有所提高,在800℃时的残炭率由26.3%提高到32.9%。为了改善碳纤粉与DCPD之间的相容性,实验采用硅烷偶联剂KH-570对碳纤粉进行表面改性,并探究了由改性后的碳纤粉制备的CF/polyDCPD复合材料的力学性能。实验结果表明:改性后的CF/polyDCPD复合材料的弯曲强度及抗冲击强度均优于未改性的CF/polyDCPD复合材料。
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