长碳链聚酰胺弹性体的设计制备及性能研究

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长碳链聚酰胺(LCPA)及长碳链聚酰胺弹性体(LCPAE)因其优异的耐低温性能、物理机械性能,突出的耐磨性、耐化学品腐蚀性及良好的成型加工性而具有广阔的发展前景。但由于国内研究起步较晚、技术壁垒高、国外专利垄断等原因,上述两种高端聚酰胺材料的全球市场基本上被国外企业所垄断,国内严重依赖进口,亟待重大突破。基于此,本课题首先开发了具有自主知识产权的LCPA制备方法,制备出了性能优异的LCPA1210材料。在此基础上,创新性突破制备出LCPAE材料,性能与国外同类型产品接近,该技术不仅能够打破国外垄断,而且能够有力支撑国内相关领域的发展及对高端聚酰胺材料的需求,具有重要的意义和实用价值。(1)首先通过“一步法”制备了LCPA1210,省去了传统的成盐步骤,提高了生产效率,并对所得产物进行一系列结构与性能表征。红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(~1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)结果表明成功合成了LCPA1210且具有理想的数均分子量(25450g/mol),验证了“一步法”制备LCPA的可行性并为后续制备羧基封端的LCPA1210预聚物(LCPA1210d C)提供了实验基础;差式扫描量热分析(DSC)、热失重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)结果表明LCPA1210具有良好的耐热性和热稳定性,同时还具有优异的耐低温性能;力学性能和吸水率测试表明LCPA1210具有优良的机械性能,而且其吸水率很低(0.2887%),尺寸稳定性好。(2)随后通过上述“一步法”制备了具有理想化学结构和分子量的LCPA1210d C,并用于后续的LCPAE合成。针对LCPAE合成“两步法”中聚合工艺较为复杂的情况,通过实验室两个阶段(初步探索阶段和放大探索阶段)的大量实验探究和产物分析,优化了聚合工艺中的预聚时间、抽真空时长、成型方法、反应设备及添加剂体系,最终得到了可用于进一步放大的、较优的LCPAE聚合工艺。(3)以优化后的聚合工艺为基础,制备了两种具有不同软硬段含量的LCPAE,并对所得LCPAE进行了一系列结构与性能分析。FTIR、~1H NMR和GPC结果表明两种LCPAE的成功合成且具有理想的数均分子量(均超过21000 g/mol)。热学测试表明两种LCPAE皆具有优良的热稳定性(T5%超过340℃,T50%超过400℃),而且Tmax随硬段含量的增加而升高。此外,制备的LCPAE-2具有优良的常温力学性能(拉伸强度和断裂伸长率分别为15.5 MPa和780%)。更重要的是,低温拉伸测试表明,在-55℃的条件下,LCPAE-2的拉伸强度和断裂伸长率较常温分别仅损失了9.7%和11.5%,表现出极为优异的耐低温性能。这有望进一步拓展LCPAE在低温领域的应用,具有广阔的发展潜力。
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