PVCPI复合材料的研究-毕业论文

太原工业学院毕业论文目录1前言 31.1复合材料的研究背景 31.2研究目的及重要意义 51.3论文研究内容 52实验部分 62.1实验原料及配方 62.1.1原材料 62.1.2聚酰胺酸的合成原理 62.1.3复合材料的配方 92.2实验仪器 102.3实验工艺流程 112.3.1聚酰亚胺的制备 112.3.2复合材料板材的制备及样条制备 143实验分析与讨论 163.1实验项目 163.1.1悬臂梁冲击实验 163.1.2拉力实验测试 163.1.3氧指数实验 173.1.4热重实验 173.1.5扫描电镜实验 183.1.6偏光显微镜实验 183.1.7红外光谱实验 193.2数据分析及讨论 203.2.1力学实验分析及讨论 203.2.2热性能分析及讨论 273.2.3氧指数测试分析 324结论 36参考文献 37致谢 39

1前言1.1复合材料的研究背景聚氯乙烯(PVC)是通用塑料的主要品种之一，具有价格便宜、透明性好、难燃、电绝缘性好和耐腐蚀等优点，可通过添加各种添加剂和运用多种成型方法制得性能各异、用途广泛的软质或硬质制品。但是，通用PVC树脂的热稳定性差，加工过程中易受热发生由活性部位(如烯丙基氯、叔氯、叔氢、带双键或过氧化物残基的端基等)引发的自催化脱氯化氢反应，形成共扼多烯链，并进而发生断链、交联等反应而变色、降解，致使塑料制品质量变差，性能下降，进而影响其加工和使用性能。此外聚氯乙烯的抗冲击性能差、燃烧时放出的氯化氢有毒，因此，为了拓宽PVC的使用范围，人们致力于对通用PVC树脂进行耐热改性、抗冲击性能、拉伸性能改性进而开发新型耐热PVC树脂。目前，PVC耐热改性的方法主要有添加热稳定剂、共混改性、交联改性、共聚改性以及氯化改性和无机粒子改性等，通过这些方法，可以改善聚氯乙烯的耐热性能、抗冲击性能，拓宽使用范围。其中添加稀土热稳定剂所改性的PVC效果好优点多，使得此方法成为热点研究之一。共混改性是应用最广泛研究最多的一种，即在其粉末中加入玻璃化转变温度（Tg）较高的树脂（即高分子耐热改性剂），通过混合提高其耐热性能，该方法工艺一般比较简单，可实施性强。目前研究出的材料性能大幅提高，前景广阔。氯化改性也是目前改性的主要方法之一，有溶液氯化法和悬浮氯化法之分，其中悬浮氯化法制造的氯化聚氯乙烯耐热性较高。缺点是要在增加耐热性时也增加了脆性所以必须加入一定的抗冲击性剂。聚酰亚胺作为很有发展前途的高分子材料已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。其应用面很广，对于加工也是有多种多样的要求，例如高均匀度的成膜、纺丝、气相沉淀、亚微米级光刻、深度直墙刻蚀、大面积、大体积成型、离子注入、激光精度加工、纳米级杂化技术等等都为聚酰亚胺的应用打开广阔的天地。随着合成技术的加工技术的进一步提高和成本的大幅度降低，同时具有优越机械性能、电绝缘性能，热塑性聚酰亚胺必将在未来的材料领域中显示其更为突出的作用。但是在发展了四十年之后仍未成为一个更大的品种，其主要原因是在单体合成及聚合方法上寻找降低成本的途径。聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类，第一类是在合成过程中，或者在大分子反应中形成酰亚胺环；第二类是以还有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成，这两种单体与众多其他杂环聚合物，如聚苯并哑唑、聚苯并噻唑、聚喹哑啉和聚喹啉等单体比较，原料来源广，合成也较容易。二酐、二胺品种繁多，不同的组合就可以获得不同性能的聚酰亚胺。聚酰亚胺受到重视是因为：1.具有突出的综合性能；2.在合成上具有多种途径；3.最有最广泛地应用领域。其突出的综合性能主要体现在其分解温度一般都在在500℃左右，有些达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。聚酰亚胺可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺达到400Mpa。作为工程塑料，弹性膜量通常为3－4Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的纤维可达500Gpa，仅次于碳纤维。一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解，这个看似缺点的性能却使聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物的一个很大的特点，即可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80%－90%。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，如经得起120℃，500小时水煮。聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-5－3×10-5℃，南京岳子化工YZPI热塑性聚酰亚胺3×10-5℃，联苯型可达10-6℃，个别品种可达10-7℃。聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90%。聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10-3，介电强度为100－300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017Ω·cm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。聚酰亚胺无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。聚酰亚胺作为很有发展前途的高分子材料已经得到充分的认识，在绝缘材料中和结构材料方面的应用正不断扩大。在功能材料方面正崭露头角，其潜力仍在发掘中。但是在发展了40年之后仍未成为更大的品种，其主要原因是，与其他聚合物比较，成本还是太高。因此，今后聚酰亚胺研究的主要方向之一仍应是在单体合成及聚合方法上寻找降低成本的途径。1.2研究目的及重要意义聚酰亚胺是一种具有高的热稳定性、可耐及低温、有良好的机械性能、耐有机溶剂、高耐辐射性、很好的介电性能、无毒和优异绝缘性工程塑料。本设计通过用聚酰亚胺改性聚氯乙烯，通过控制聚酰亚胺的分子量和添加量，从而提高聚氯乙烯热稳定性、抗冲击性能，拉伸性能，使其达到高性能聚氯乙烯的使用性能。1.3论文研究内容本论文研究的内容是探讨被聚酰亚胺改性后的复合材料的性能，探讨PI的分子量和添加量对复合材料性能的影响。通过对复合材料进行热重实验而得之其热稳定性能；通过拉伸实验、冲击实验而得之其机械性能；对复合材料进行氧指数实验得知其阻燃性能；对复合材料进行红外光谱扫描实验、偏光显微镜、扫描电镜实验得知其微观结构；从而全面分析其综合性能，选出性能最好的一组复合材料。

2实验部分2.1实验原料及配方2.1.1原材料1.原料药品及来源见表2.1表2.1原料药品及来源见表药品牌号出产地PVCDOPNMPODAPMDA三盐硬脂酸锌硬脂酸钡液体石蜡7058—NMP-101——HG2340-2005—C18—上海金辉贸易化工有限公司青州市建邦化工有限公司上海金锦乐实业有限公司山东万达化工有限公司余姚双象纳米塑业有限责任公司市售广州市宬铧贸易有限公司广州市宬铧贸易有限公司市售2.1.2聚酰胺酸的合成原理1.合成聚酰胺酸的原材料（1）.均苯四羧酸二酐（PMDA）白色或微黄色块状和粉状固体结晶，熔点：286℃，沸点：397-400℃，密度：1.680，吸水性强，水解变成均苯四甲酸,水中分解，干燥环境中存储。在室温下溶于二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜，γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基乙基甲酮、甲基异丁基甲酮、乙酸乙酯，不溶于氯仿、乙醚、正己烷、苯。（2）.4,4-二氨基二苯醚(ODA)白色晶体，相对密度1.315，沸点300℃以上，熔点191.5℃，引火点219℃，着火点490℃。易溶于酸类，不溶于水。ODA的工业合成都是采用DNDPE为原料，经还原而制得。（3）.甲基吡咯烷酮（NMP）无色透明液体，沸点202℃，闪点95℃，能与水混溶，溶于乙醚，丙酮及各种有机溶剂，稍有氨味，化学性能稳定，对碳钢、铝不腐蚀，对铜稍有腐蚀性。具有粘度低，化学稳定性和热稳定性好，极性高，挥发性低，能与水及许多有机溶剂无限混溶等优点。2.聚酰胺酸的合成原理最常用的聚酰亚胺的合成方法是由二酐和二胺在非质子极性溶剂中形成成聚酰胺酸（PAA）,然后再用热或者化学方法脱水成环，转化为聚酰亚胺，其主要反应过程如图2.1：图2.1聚酰胺酸合成反应过程均苯四甲酸二酐(PMDA)和4-4′—二氨基二苯醚(ODA)生成聚酰亚胺的反应过程中，决定聚酰亚胺分子量的主要是第一步合成聚酰胺酸的反应。聚酰胺酸不溶于常用试剂,分子量很难测定,但高分子材料的分子量与高分子溶液的粘度有一定关系,在相同溶剂、温度和浓度条件下,溶液粘度越大,其所溶解的高分子材料分子量相对越高,所以,实验采用测量相同条件下的溶液粘度和纯溶剂的粘度，从而计算得知其相对粘度，便知道其分子量是在大中小哪个区间。3.影响聚酰亚胺分子量的因素（1）反应温度的影响反应温度是化学反应的另一个重要影响因素,增加反应温度可以缩短平衡时间,但却影响平衡常数。由于本合成反应是放热反应,所以低温有利于正反应行。一般采用冰浴反应。（2）试剂含水量对实验结果影响很大实验证明当药品含水量比较多时,合成的溶液粘度值很低;随着药品含水量减少,合成的溶液粘度值急剧增加，如图2.2所示。所以,在对烘干的药品进行保存时一定要细心，放在有干燥剂的密封容器内，这将使合成的聚酰胺酸分子量大幅度提高。同时溶剂NMP的含水量也影响合成粘度，所以溶剂的保存一定要密封。图2.2试剂含水量对溶液粘度的影响4.二酐和二胺的配比（C）计算公式由反应式：n：n=c：1<1>n+nn<2>c1m=<3>m=<4>其中：v—含90%的NMP溶剂体积10mlρ—为NMP溶剂的密度1.0279g/㎝=218.12g/mol=200.24g/mol5.实验步骤（1）根据计算出的质量，先称量ODA，再称量PMDA，将其放入有干燥剂的密封容器中，量取NMP溶剂至三口烧瓶中。将ODA加入缓慢加入已有NMP溶剂的三口瓶中,将三口烧瓶放入冰浴中，同时用搅拌器混匀，使ODA快速融于NMP中大约5min。（2）缓慢加入PMDA，打开叶片，调快搅拌速度，让其在冰浴中搅拌反应9-10h。反应结束后倒出聚酰亚胺密封低温保存。2.1.3复合材料的配方原料料的选择依据1.主体材料聚录乙烯简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。2.热稳定剂：三盐（3PbO·PbSO·HO）主要用作聚氯乙烯不透明或半透明制品的热稳定剂，有优良的耐热性和电绝缘性，特别适应于高温加工。硬脂酸钡(CHO)Ba用作PVC耐光耐热稳定剂，是碱土金属硬脂酸盐中长期稳定性最佳者，与锌、镉皂并用时有协同效应。硬脂酸锌(C36H70O4)Zn用作PVC耐光耐热稳定剂。白色粉末，不溶于水，溶于热的乙醇、苯、甲苯、松节油等有机溶剂；遇到酸分解成硬脂酸和相应的盐；在干燥的条件下有火险性，自燃点900℃；有吸湿性。3增塑剂DOP（邻苯二甲酸二辛脂），是通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于化地树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。4润滑剂液体石蜡是从原油分馏所得到的无色无味的混合物。它可以分成轻质矿物油及一般矿物油两种，而轻质矿物油的比重及黏稠度较低。俗称白油，可以作为PVC和PS等塑料的内部润滑剂，润滑效率高，热稳定性好，无毒。其用量一般在0.5份左右。复合材料加工配方（1）PVC/PI复合材料配方见表2.2表2.2PVC/PI复合材料配方名称添加量（g）实际材料配方（g）PVC100300DOP515续表2.2液体石蜡0.51.5三盐618硬脂酸锌13硬脂酸钡1.54.5PI粉末X3X（2）PI粉末添加量见表2.3表2.3PI粉末添加量组数PI添加量（%）PI实际添加量（g）PI分子量KB00010.10.3低20.20.6低30.30.9低40.10.3中50.20.6中60.30.9中70.10.3高80.20.6高90.30.9高2.2实验仪器1.实验所需的试验仪器和设备见表2.4表2.4试验仪器和设备设备/仪器型号出产地双辊开炼机机WQ-1005-D东莞市伟庆机械设备有限公万能制样机PQ-50化工部晨光塑料机械研究所续表2.4平板硫化机QLB-D上海第一橡胶机械厂悬臂梁冲击实验机2HT-M河北省承德实验机厂拉伸试验机LT-500广州实验仪器厂扫描电子显微镜KYKY3800北京中科科仪技术发展有限公司热重分析仪HTG-1/HTG-2/HTG-3北京恒久科学仪器厂偏光显微镜XPR-500D上海蔡康光学仪器有限公司热重分析仪HCT-1北京恒久科学仪器厂氧指数仪SC-2南京江宁县分析仪器厂高速混合机GH-10DY北京市塑料机械厂2.3实验工艺流程2.3.1聚酰亚胺的制备1.乌氏粘度计原理流层之间的切向力F与两层间的接触面积A和速度差ΔV成正比，而与两层间的距离ΔX成反比;高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。乌氏粘度计如图2.3：图2.3乌氏粘度计测定高聚摩尔质量的方法很多，而不同方法所得平均摩尔质量也有所不同。比较起来，粘度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。用该法求得的摩尔质量成为粘均摩尔质量。由于特定粘度与高分子的粘均分子量有密切的关系，因而特性粘度也就成了一个很重要分子量表征参数M。2.乌氏粘度计测分子量步骤（1）根据实验需要将恒温槽温度调节至30±0.05℃。（2）洗涤粘度计先用NMP灌入粘度计中浸洗除去留在粘度计中的聚合物，尤其是毛细管部分要反复用溶剂清洗，洗毕，将NMP溶液倒入回收瓶中，再用洗液、自来水、蒸馏水洗涤粘度计，最后烘干。（3）配制聚合物溶液准确称取1.25g低粘度PAA放入清洁干燥的容量瓶中，在量筒中倒入约25mlNMP，先将一半的NMP倒入含PAA的容量瓶中，搅拌致使其溶解均匀，用移液管将其移入粘度计中，再将另一半的NMP倒入容量瓶中，搅拌，移入粘度计，将粘度计垂直固定于恒温水浴中待测。（4）测定溶剂的流出时间用手捏住C管管口，使之不通气，在B管用洗耳球将溶剂从E球经毛细管、M2球吸入M1球，然后先松开洗耳球后，再松开C管，让C管通大气。用秒表准确地测出液面流经a线与b线之间所需的时间，并记录。重复上述操作三次，每次测定相差不大于0.2s。取三次的平均值为t0，即为溶剂的流出时间。（5）溶液流出时间的测定（a）测定t0后，将粘度计中的NMP倒入回收瓶，并将粘度计烘干，用干净的移液管吸取已恒温好的被测溶液25ml，移入粘度计，恒温3分钟，按前面的步骤，测定溶液（浓度c1）的流出时间t1。中、高粘度测法相同。（6）粘度计洗涤测量完毕后，取出粘度计，将溶液倒入回收瓶，用纯溶剂反复清洗几次，烘干，并用热洗液装满，浸泡数小时后倒去洗液，再用自来水，蒸馏水冲洗，烘干备用。3.分子量的计算公式按下式计算特性粘数：=〈1〉〈2〉〔〕=〈3〉〔〕＝KMα 〈4〉C—为供试液的浓度(g／dl)。K—常数，随着分子量和温度的增加略有减小；K=1.07X10α—常数，取决于温度和体系的性质。在0.5～1之间。在θ状态时为0.5，一般为0.82。α=0.82—相对粘度，溶液粘度对溶剂粘度的相对值。—增比粘度，，反映了高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应。〔η〕—特性粘度，反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦。3.数据结果见表2.5和2.6①纯溶剂：0（s）=302.56s表2.5低、中粘度PAA的分子量C值(g/dl)（s）相对粘度增比粘度特性粘度〔〕分子量M（×1041.017457.611.51250.51250.43701.4351.022662.412.18941.18940.8823.378②纯溶剂：（s）=244.25s表2.6高粘度PAA的分子量C值(g/dl)（s）相对粘度增比粘度特性粘度〔〕分子量M（×1041.05840.503.44112.44111.4796.340将PAA制备成PI粉末1沉析和抽滤原理利用压力差原理设置，滤纸作为层析的载体，将由在加热煲温度180-190、无氧条件下，反应3小时后的溶液，通过压力吸附，将其液体吸走，留下粉末的方式。2层析和抽滤步骤（1）将量取配置同等比例的溶液（PA=40mlNMP=40ml），充分混合，倒入三角烧瓶中，将三角烧瓶固定于铁架台上，放入磁力搅拌器，打开加热套，将加热套调至温度180-200，调好搅拌速度。（2）从三角烧瓶一端通入氮气，排尽烧瓶中的氧，从另一端插入冷却回流装置，将烧瓶移入加热套中，待温度稳定后开始计时，反应约3小时。（3）三小时后停止加热，将溶液凉致室温，进行第一次真空抽滤，之后将块状物放入烧杯中，加入适量的乙醇使其溶解，然后进行第二次真空抽滤。将抽滤出的固体放入容器中以待烘干。3烘干及研磨调节烘箱温度50，将湿粉末放入烘箱中，恒温3小时。取出冷却后，依次在研钵中研磨出粉末，密封保存于有干燥剂的密闭容器中待用。2.3.2复合材料板材的制备及样条制备配料及混合按照表2.2对各组分物料进行称量配置，并将其全部倒入高速混合机中在室温下混合3-5分钟，使各组分混合均匀。其中各组PI添加量见表2.3。原材料的混炼根据操作规程，先将两辊间距调零，易于加热，待辊温升至165时,将辊距调至2-3mm，调电压，使辊温保持在160℃-165℃，起动开关，将混合好的预混料倒入两辊之间，回炼2-3次对其预混料预热，调节辊距使预混料充分混合，混炼约15分钟左右，观察预混料是否混合均匀，手摸不显毛粒，表面光滑具有一定的强度，调节辊距，使预混料出辊时，尽量薄，利于压制成型。利用不同配方原料，重复以上混合步骤，得出各组混料。复合材料的压延成型根据PVC性能，将压力机温度调至170±5，选用4mm左右的模板，把已经辊压出的薄片，交错放入模具中（已经预热的），闭模，放气三次，恒温、恒压于1.5～2.0Mpa约30min，开模冷却至约50℃以下，脱模取出PVC/PI板材制品待制样。复合材料样条的制备（1）冲击样条：万能制样机切出长约100mm，宽约10mm的样条。然后用缺口制样机对每个样条打出2mm的缺口。（2）拉伸样条：先用万能制样机切出长约150mm，宽约15mm的样条，再在哑铃型制样机上制出拉伸样条。（3）燃烧样条：万能制样机切出长约130mm，宽约13mm的样条。要求：试样表面平整、无气泡、裂纹、分层、明显杂质和加工损伤等缺陷。对于各项异性的板材，从不同方向，每组每种样条至少制三个。

3实验分析与讨论3.1实验项目3.1.1悬臂梁冲击实验及分析实验设如图3.1根据实验规程，将摆锤从铅锤位置旋转至支锤轴上，扬角，此时摆锤获得一定的位能，如任其自由落下，则此位能转化为动能而将试样冲断。冲断试样后，摆锤以剩余能量升到某一高度，升角为。根据能量关系：WL(cos－cos)=A <1>图3.1冲击仪a=（㎏㎝∕㎝）图3.1冲击仪A—冲击强度△E—能量修正值忽略b—缺口处试样宽度mm.缺口冲击实验最终计算公式：ak=EkbxdkEk—缺口样条吸收的冲击能量JB—试样宽度mmdk——缺口试样缺口处剩余厚度mm3.1.2拉力实验测试1制备样条长约150mm细颈宽度10mm平行间距72mm。2调试好LT-500型拉力试验机夹好样条。3调节拉伸速率为100mm/min4开动机器5记录数据3.1.3氧指数实验原理及分析热重实验原理物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。所谓氧指数，是指在规定的试验条件下，试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积百分数的数值表示（即在该物质引燃后，能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度）。作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。一般认为，OI<27的属易燃材料,27≤OI<32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。M606型氧指数测定仪，是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分比。该仪器适用于塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料及各种固体的燃烧性能的测试，准确性、重复性好。

热重实验方法氧指数的测试方法，就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内，其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。点着试样的上端，观察随后的燃烧现象，记录持续燃烧时间或燃烧过的距离，试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时，就降低氧浓度，试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时，就增加氧浓度，如此反复操作，从上下两侧逐渐接近规定值，至两者的浓度差小于0.5％。氧指数法是在实验室条件下评价材料燃烧性能的一种方法，它可以对窗帘幕布、木材等许多新型装饰材料的燃烧性能作出准确、快捷的检测评价。3.1.4热重实验热重实验原理1.热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。2.热重分析方法最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。热重分析步骤1.称量5-10mg左右试样，记录实际重量，标定后序号，放置坩埚中。2.启动热重分析仪，点击采集试样，设置试样名称PVC/PI，试样序号1、2、……，试样重量，实验员姓名，添加升温速率，最高温度900,保温时间0，确定后开始采集。3.热重分析调试大约15min，当实验结束后保存图样，取出坩埚，通入冷却水，开始冷却，至到60以下，重复以上步骤，获得其他试样分解时图样。3.1.5扫描电镜实验1.扫描电镜原理仪器中电子枪发射电子束，电子束经过几级电磁透镜缩小后，到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100微米以上，这个100微米以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。实现样品上这个物点的放大。2样品制备：在冲击样条和燃烧样条的断面处切取约2mm大小的立方块，断面与燃烧面朝上用导电胶粘于样品盘上，对其喷金处理。3拍摄照片分析。3.1.6偏光显微镜实验1.偏光显微镜实验原理光线通过某一物质时，如光的性质和进路不因照射方向而改变，这种物质在光学上就具有“各向同性”，又称单折射体，如普通气体、液体以及非结晶性固体；若光线通过另一物质时，光的速度、折射率、吸收性和光皮的振动性、振幅等因照射方向而有不同，这种物质在光学上则具有“各向异性”，又称双折射体，如晶体、纤维等。2样品制备在制好的PVC/PAA板材上切小一下薄片放于载玻片上烘烤，融化后挤压成很薄的片状物备用。3将片材置于显微镜下进行观察拍摄。3.1.7红外光谱实验原理1.红外光谱实验原理任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。由于分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁，从而产生相应的吸收信号——红外光谱（InfraredSPectroscoPy，简记IR）。通过红外光谱可以判定各种有机化合物的官能团；如果结合对照标准红外光谱还可用以鉴定有机化合物的结构。分子振动时偶极矩的变化不仅决定了该分子能否吸收红外光产生红外光谱，而且还关系到吸收峰的强度。根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。因此，振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。而偶极矩变化大小主要取决于下列四种因素。（1）化学键两端连接的原子，若它们的电负性相差越大（极性越大），瞬间偶极矩的变化也越大，在伸缩振动时，引起的红外吸收峰也越强（有费米共振等因素时除外）。（2）振动形式不同对分子的电荷分布影响不同，故吸收峰强度也不同。通常不对称伸缩振动比对称伸缩振动的影响大，而伸缩振动又比弯曲振动影响大。（3）结构对称的分子在振动过程中，如果整个分子的偶极矩始终为零，没有吸收峰出现。（4）其它诸如费米共振、形成氢键及与偶极矩大的基团共轭等因素，也会使吸收峰强度改变。2.样品制备在制好的PVC/PAA板材上切小一下薄片放于载玻片上烘烤，融化后挤压成很薄的片状物备用。3.开启机器进行实验并进行数据记录3.2数据分析及讨论3.2.1力学实验分析及讨论1冲击实验数据表3.1表3.1冲击试验数据编号KBD0.1D0.2D0.3Z0.1Z0.2Z0.3G0.1G0.2G0.3单位结果2.623.873.833.623.542.123.682.733.173.23KJ/m2排序124593876从上表可以看出D0.1%组的冲击性能最好。（1）复合材料中添加的PI粉末分子量对冲击结果的影响如图3.2：图3.2复合材料中添加的PI粉末分子量对冲击结果的影响由图可以看到添加不同分子量的PI对复合材料力学性能的影响是不一样的，并且整体上可以看出添加低分子量PI的复合材料冲击性能相对最好，其次是中分子量的，最后是高分子量的。（2）复合材料中PI粉末添加量对复合材料冲击性能的影响如图3.3：图3.3复合材料中PI粉末添加量对复合材料冲击性能的影响由图可以看到不同添加量的PI对复合材料力学性能的影响是不一样的，并且整体上可以看出添加0.3%的PI的复合材料冲击性能相对稍好于添加0.1%PI的复合材料，添加0.2%的PI的复合材料冲击性能最差。2拉伸数据表3.2其中：ρt1——拉伸最大负荷KNσt1——拉伸强度MPaΕt1——弹性模量MPaΕt2——断裂伸长率%表3.2拉伸试验数据记录组别项目D0.3D0.2D0.1Z0.3Z0.2Z0.1G0.3G0.2G0.1KBρt11.702.241.841.582.081.921.892.371.991.783σt157.361.85958.260.658.459.661.557.143.9Εt1667.3682704707.5722723594.7658.7688.5465.3Εt214.3%12.7%14.0%2.5%14%14.7%16.3%13.7%15%12.3%排序764321985弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。（1）复合材料中添加的PI粉末分子量对拉伸结果的影响如图3.4：图3.4复合材料中添加的PI粉末分子量对拉伸结果的影响从上图可以看出复合材料弹性模量有了很大提高，并且关于PI分子量对复合材料拉伸性能影响可以总结为：添加中分子量PI的复合材料的刚性最好，其次是添加低分子量的PI的复合材料，但是中低组差别不是很大，最后是添加高分子量的PI的复合材料。（2）复合材料中PI粉末添加量对复合材料拉伸性能的影响如图3.5：图3.5复合材料中PI粉末添加量对复合材料拉伸性能的影响关于PI添加量对复合材料刚性的影响的规律也是非常明显的，可以总结为：PI添加量为0.1%时复合材料刚性最好，其次是PI添加量为0.2%的复合材料刚性好，最后是PI添加量为0.3%的复合材料。3.从扫描电镜角度分析复合材料力学性能的结论。图3.6KB图3.7D0.1%图3.8D0.2%图3.9D0.3%图3.10Z0.1%图3.11G0.1%本实验选择了冲击试验中性能最好的低分子量组（D0.1%、D0.2%、D0.3%）和Z0.1%、G0.1%五组进行了观察作对比的。我们从空白材料的断面可以看出，此材料中没有清晰可见的细小的颗粒，混合还算均匀，断面平整，只有较少凹凸部分，说明此材料的力学性能较差，抗冲击能力弱；而加入PI粉末的复合材料，从相片看到有较大空洞，凹凸不平，少量的带状结构，有一些清晰可见的细小颗粒，说明其力学性能高于未加任何PI的材料；并且可以看出低分子量的复合材料表面凹凸不平明显于多于中和高分子量的，这也就验证了前边的冲击实验结论。4.从偏光显微镜角度分析复合材料力学性能的结论。以下是各组偏光显微镜照片：图3.12D0.1（x40）图3.13D0.2（x40）图3.14D0.3（x40）图3.15Z0.1（x40）图3.16Z0.2（x40）图3.17Z0.3（x40）图3.18G0.1（x40）图3.19G0.2（x40）图3.20G0.3（x40）图3.21KB（x40）偏光照片整体分析：加入PI粉末的图片均出现了双折射现象，说明这些结构比较规整，随着添加量的增多，图中的白色颗粒增多、密集、增大，黏度越高颗粒的粒径越大，越密集，粘度越高力学性能越差耐热性能越差，热分解温度也越低。5.复合材料力学性能结论：复合材料力学性能随着PI分子量的增加而降低，当PI分子量一定时，复合材料力学性能随着添加量的增大而降低。所以以上九组实验中，D0.1%组的力学性能最好。3.2.2热性能分析及讨论实验数据记录及分析情况表3.3热重性能排序组别项目D0.1D0.2D0.3Z0.1Z0.2Z0.3G0.1G0.2G0.3KB质量5.4性能排序2223461571.三组添加低分子量的PI粉末与空白实验的热重图对比如图3.22：图3.22低分子量的PI粉末组与空白实验的对比如结论：添加PI粉末的三组热性能都较空白实验有很大提高，并且三组热性能基本一致。2.三组添加中分子量的PI粉末与空白实验的对比如图3.23：图3.23见下页结论：添加PI粉末的三组热性能都较空白实验有所提高，第一次失重时三组实验差别不是很大，但是第二次失重前三组失重率差别比较大，其中Z0.1组的热性能比其他两组好。所以提出Z0.1组准备进行下一步分析。图3.23中分子量的PI粉末组与空白实验的对比3.三组添加高分子量的PI粉末与空白实验的对比如图3.24：图3.24高分子量的PI粉末组与空白实验的对比结论：G0.1组的热性能比其他两组好。所以提出G0.1组准备进行下一步分析。4.低、中、高分子量中热性能最好的分别挑出作对比如图3.25：图3.25三个分子量中高热性能组对比整体分析：PVC热稳定性较差，第一步失重阶段是脱HCl，发生在200℃-300℃，脱HCl后分子内形成共轭双键，热稳定性提高（TG曲线下降缓慢），直至较高温度约420℃时大分子链断裂，形成第二次失重。由图可看出三组分子量中PI添加量为G0.1%时热性能最好。但整体而言，添加低分子量PI的复合材料热稳定性好于其他的，当分子量一定时，添加低含量的PI组的复合材料性能好于其他的。也就是说当分子量，单个实验对比高分子量添加PI粉末量为0.1%的复合材料热性能最好！但每组实验进行对比得知添加低分子量PI粉末组的性能最好！5.复合材料失重比例温度对比：表3.4复合材料失重比例温度对比编号失重5%时的温度失重10%时的温度KB222240D0.1255265D0.2255265D0.3255265Z0.1250260Z0.2248259Z0.3243253G0.1247256G0.2245257G0.31512406.从红外光谱角度分析复合材料热性能的结论。①三组添加低分子量的PI粉末红外光谱与空白实验的对比如图3.26：图3.26低分子量的PI粉末组红外光谱与空白实验的对比②三组添加中分子量的PI粉末红外光谱与空白实验的对比如图3.27：图3.27中分子量的PI粉末红外光谱与空白实验的对比③三组添加中分子量的PI粉末红外光谱与空白实验的对比如图3.28：图3.28中分子量的PI粉末红外光谱与空白实验的对比整体分析：在PI的IR分析中，有三种基团的特征吸收带可供选择，就是酰胺基谱带，羧基谱带和亚胺基谱带。这三种基团的吸收谱带的相应波数列于表3.5中：表3.5三种基团的吸收谱带基团名称吸收带波数酰亚胺基团323034001570羧基1680由三个图可以看出空白复合材料在1725（聚酰亚胺最强谱带）和1680（羧基谱带）处是没有峰的，其他样品在这两处是有峰的，但峰位稍微有所偏移，从红外光谱图可以看出，热性能好的G0.1%和添加低分子量PI三组的1725（聚酰亚胺最强谱带）处峰比较明显，这也正是说明却是是聚酰亚胺提高了复合材料热稳定性。结果表明添加PI粉末的复合材料热重效果好于空白复合材料，各组此两处出峰位见表3.6：表3.6各组酰亚胺基团和羟基峰位编号酰亚胺基团羧基D0.117321662D0.217451662D0.317331664Z0.11737Z0.217321654Z0.317301558G0.117261672G0.217361662G0.3173616607.复合材料热性能结论：整体分析得知添加低分子量PI的复合材料热稳定性好于其他的，当分子量一定时，添加低含量的PI组的复合材料性能好于其他的。3.2.3氧指数测试分析1.氧指数实验数据总结氧指数实验数据如表3.7：表3.7氧指数实验数据组别项目D0.1D0.2D0.3Z0.1Z0.2Z0.3G0.1G0.2G0.3KB氧指数/%49.347.844.251.450.547.349.351.25248.55682475312.氧指数分析：（1）PI分子量对复合材料阻燃性能的影响如图3.29：图3.29PI分子量对复合材料阻燃性能的影响由上图可以看出添加高分子量PI粉末的复合材料阻燃性能最好，其次是添加中分子量PI的复合材料，最后是添加低分子量PI粉末的复合材料。（2）PI添加量对复合材料阻燃性能的影响如图3.30：图3.30PI添加量对复合材料阻燃性能的影响由上图可以看出PI添加量为0.1%时复合材料阻燃性能最好，其次是添加0.2%PI的复合材料，最后是添加0.3%PI的复合材料。3.从燃烧样条扫描电镜图片分析氧指数：图3.31KB图3.32D0.3%图3.33Z0.3%图3.34G0.1%图3.35G0.2%图3.36G0.3%分析以上扫描电镜图片可知添加的聚酰亚胺对PVC/PI复合材料的氧指数有很大的影响，未加聚酰亚胺的PVC/PI复合材料的燃烧断面有絮状物结构疏松透气，有大量凹洞，表明其燃烧效果相对较差，氧指数较低，同一添加量不同分子量的PI组中复合材料燃烧随着分子量的增加断面逐渐平整，空洞减少，逐渐密实阻燃效果越好。其中G3图片的结果最为平整阻燃效果最好。最终说明随着聚酰亚胺量的增加，PVC/PI的阻燃效果变好，分子量增加阻燃效果提升的最明显，产生这种现象的原因是因为聚酰亚胺具有良好阻燃性能，这也正好与以上数据相符。4.氧指数实验结论：复合材料的阻燃性能随着添加的PI粉末分子量的增大而增加；随着PI添加量的增加而降低。

4结论通过本次对PVC/PI复合材料的课题的研究，并且对复合材料进行了全面的性能测试，其中包括对复合材料力学性能测试、热性能测试、阻燃性能测试、微观结构进行观察，也已大量的实验记录结果为依据，此研究得到以下结论：1探讨PI的分子量对复合材料性能的研究结论，热性能提高顺序由高到低为：低分子量、中分子量、高分子量；关于冲击试验的提高顺序由高到低为：低分子量、中分子量、高分子量；关于拉伸性能提高顺序由高到低排序为：中分子量、低分子量、高分子量；综合以上添加低分子量的PI粉末的复合材料性能最好。2探讨PI的添加量对复合材料性能的研究结论，热重、冲击、拉伸试验结果都表明整体性能由高到低排序为：添加量为0.1%，添加量为0.2%，添加量为0.3%。所以PI粉末添加量少的复合材料性能好。3综合以上，九组实验中性能最好的为D0.1%，此复合材料能在较高温度下使用，冲击性能和拉伸性能都有较大提高，所以其应用范围更广、使用寿命更长。

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致谢本论文是在翟燕老师的指导，本人的认真学习中完成，完成论文期间，老师利用她渊博的知识、丰富的研究经验、严谨的科研态度以及精细的思维逻辑，在工作上给予我极大支持，学习上给予我极大帮助，通过老师的教导，使我明白了做事要谨慎踏实、做人要礼贤谦让的道理，在此谨向翟老师表以最衷心的感谢。在此期间实验过程中，得于实验室李东红老师在实验仪器操作使用上给予很大的指导和帮助，在此向她表示诚挚的感谢。与此同时，论文的完成也离不开同学的帮助，在此向他们致以最真诚的感谢！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统HYPERLINK"/deta