Poliimid alapú nanokompozitok bináris CeO2/Nanocarbon töltőanyagokkal: együttesen fokozott hő- és mechanikai tulajdonságok

A jelen vizsgálatban használt poliimidek (PI) elemi egységeinek szerkezeti képletei. a) PMDA-ODA (PI piromellites dianhidrid (PMDA) és oxidianilin (ODA) alapú ismétlődő egységgel); b) DPhO-BAPS (PI 2,3,3 ′, 4′-difenil-éter-tetrakarbonsav-dianhidrid (dianhidrid DPhO) és 4,4′-bisz (4 ″ -amino-fenoxi) -bifenil-szulfon (diamin) alapú ismétlődő egységgel BAPS)).

A DPhO-BAPS-CeO2 nanokompozitok τ 5 és τ 10 hőstabilitási mutatói különböző töltőanyag-tartalommal.

(A) érintetlen DPhO-BAPS mátrix pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képei; b) CeO2/CNC-vel (szén nanocone) adalékolt DPhO-BAPS alapú nanokompozit (3 térfogat%); c) nanokompozit, amely CeO2/CNF-mel (szén nanoszál) adalékolt DPhO-BAPS (3 térfogat%) adalék; d) tiszta CeO2 por.

(A) érintetlen CeO2 por és (b) DPhO-BAPS mátrix, valamint nanorészecskék különböző kombinációival rendelkező nanokompozitjainak röntgendiffrakciós (XRD) mintázata.

(A) DPhO-BAPS alapú minták elemzési (TGA) görbéi; b) PMDA-ODA alapú minták.

A PMDA-ODA és a megfelelő nanokompozitok termomechanikus analízis (TMA) görbéi.

A DPhO-BAPS és a megfelelő nanokompozitok TMA görbéi (a betét a minták hőviszonyait mutatja kis deformációknál).

A minták feszültség-alakváltozás görbéi: (a) PMDA-ODA alapú készítmények; b) DPhO-BAPS alapú készítmények.

Absztrakt

20 ° C, 10% -os súlycsökkenés 533 ° C-ig), de merevsége is több mint 10% -kal nőtt (Young modulusa olyan magas, mint 2,9–3,0 GPa) a PI mátrixhoz képest. Szulfonicsoport nélküli PI esetén a bináris töltőanyagok megnövelték a polimer merevségét az üvegesedési hőmérséklete felett, ezáltal tágítva annak üzemi hőmérséklet-tartományát. Ezen jelenségek mechanizmusait tárgyaljuk. Így ez a tanulmány hozzájárulhat új, vezérelhető és továbbfejlesztett funkcionalitású kompozit anyagok tervezéséhez.

1. Bemutatkozás

2. Anyagok és módszerek

2.1. Anyagok

20 tömeg% szén-kúp,

70 tömeg% szénkorong és

10 tömeg% korom (szennyeződések).

2.2. Filmek előkészítése

2.3. Jellemzési technikák

3. Eredmények és megbeszélés

3.1. Az összetétel optimalizálása

3.2. Szerkezet és morfológia vizsgálata

5,7 nm. A PI XRD mintázata széles diffrakciós csúcsot mutat, ami az amorf polimer diffúz szóródásából származik. Ez az egyetlen csúcs az összes nanokompozit diffrakciós mintázatában marad. Ez azt jelenti, hogy a nanorészecskék beépítése a PI-be nem változtatta meg a DPhO-BAPS amorf szerkezetét.

3.3. Termikus tulajdonságok

30 ° C; lásd 1. táblázat), míg egy szulfonicsoport nélküli PI elveszítette hőstabilitását (a PMDA-ODA τ 10 70 ° C-kal csökkent).

3.4. Termomechanikai tulajdonságok

3.4.1. PMDA-alapú kompozíciók

3.4.2. DPhO-BAPS alapú kompozíciók

20-25 ° C-kal Tg felett a makromolekuláris láncok relatív mozgása összességében annyira megkönnyebbül, hogy a polimer "folyni kezd" (a megfelelő hőmérsékleteket Tfl jelöli). A DPhO-BAPS ilyen plasztikus viselkedését inkább a molekulák feletti, mint az egyes makromolekulák szerkezetével magyarázzák. A lényeg az, hogy sok más aromás PI előpolimereitől eltérően a DPhO-BAPS szerkezete kondenzált állapotba való átmenetkor fenntartja valóban amorf struktúráját rendezetlenül csomagolt makromolekuláris tekercsekkel (folyékony oldatban rejlő) [41]. Egy ilyen szerkezet a megkötési folyamat után részben megmarad a kapott PI-ben. Ez megkönnyíti a hőmérséklet növekedésével a műanyag állapotba való átmenetet.

3.5. Mechanikai tulajdonságok

3 tömeg%). Figyelembe véve mind a PMDA-ODA, mind a DPhO-BAPS nanokompozitok csak nanocériával töltött feszültség-alakváltozási görbéit, azok TGA görbéit (lásd 5. ábra) és TMA adatait (2. táblázat; 3. táblázat), arra lehet következtetni, hogy vannak legalábbis szobahőmérsékleten nem voltak erős kölcsönhatások a polimer mátrixok és a nanoceria között. Ezenkívül a nanotöltő ilyen nagy mennyisége aggregátumok képződését okozhatja, amelyek stresszkoncentrátorként működve ronthatják az anyag mechanikai tulajdonságait.