CN108117749A - 聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法 - Google Patents

聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法。将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100℃下干燥2~4 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶，然后与ODA、ODPA和NMP混合加入三口烧瓶中，在氮气氛下于25℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液，超声分散30 min，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，反应结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。本发明方法操作简单，易于大规模推广应用，且制得的聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料具有优异的拉伸模量、耐热性，并具有一定的形状记忆性能。

Description

聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于智能复合材料技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法。
背景技术
传统的形状记忆聚合物的形状记忆开关温度一般都低于150 ℃，这限制了其在工程上的应用，尤其是在航天航空工业中的应用。为了满足形状记忆聚合物在苛刻环境（如高温、空间辐照等）下的应用要求，近年来形状记忆聚合物不断成为研究热点，其中最典型的代表就是聚酰亚胺（PI）。PI具有优异的热学稳定性、化学稳定性、电气绝缘性、高玻璃化转变温度、高机械强度和耐辐射等一系列优点。剑麻纤维素微晶具有环保、易降解等特性，并且在自然界中大量存在，属于广西特色可再生资源，因地制宜。我们在聚酰亚胺中引入剑麻纤维素微晶，制备聚酰亚胺复合材料，相当于在体系中引入了其他作用力，进一步提高材料的形状记忆性能。
本发明申请中我们选择使用天然环境友好的剑麻纤维素微晶作为聚酰亚胺复合材料的填料，充分利用了本地区的特色作物，以拓宽剑麻纤维素微晶的应用领域，支持本地优势特色自然资源的发展利用，并充分利用了剑麻纤维素微晶和聚酰亚胺性能上的协同效应，同时拓宽了剑麻纤维素微晶和聚酰亚胺的应用领域。本思路未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法。
具体步骤为：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥2~4 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶。
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为200~400转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(1)制得的干燥后的剑麻纤维素微晶，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液；所述干燥后的剑麻纤维素微晶的用量为ODA与ODPA总质量的1~2%。
(3)将步骤(2)制得的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液超声分散30 min，超声分散结束后，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。
本发明方法操作简单，易于大规模推广应用，且充分利用了剑麻纤维素微晶和聚酰亚胺在性能上的优势互补，使制得的聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料具有优异的拉伸模量、耐热性，并具有一定的形状记忆性能，在航空航天等领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例2中制得的聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料的SEM照片。
具体实施方式
比对例：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥3 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶。
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为300转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的PAA溶液。
(3)将步骤(2)制得的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺材料。
实施例1：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥3 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶。
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为300转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(1)制得的干燥后的剑麻纤维素微晶，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液；所述干燥后的剑麻纤维素微晶的用量为ODA与ODPA总质量的1%。
(3)将步骤(2)制得的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液超声分散30 min，超声分散结束后，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。
实施例2：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥3 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶。
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为300转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(1)制得的干燥后的剑麻纤维素微晶，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液；所述干燥后的剑麻纤维素微晶的用量为ODA与ODPA总质量的1.5%。
(3)将步骤(2)制得的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液超声分散30 min，超声分散结束后，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。
实施例3：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥3 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶。
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为300转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(1)制得的干燥后的剑麻纤维素微晶，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液；所述干燥后的剑麻纤维素微晶的用量为ODA与ODPA总质量的2%。
(3)将步骤(2)制得的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液超声分散30 min，超声分散结束后，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。
将实施例1~3制得的聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料与比对例制得的聚酰亚胺材料进行性能对比，聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料的拉伸模量最高提高至1428.7MPa，比未加剑麻纤维素微晶的提高了128.89%；另外，聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料的耐热性优异，805 ℃的残炭率均在40%以上，半寿分解温度Td50%均高于600 ℃；最后，聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料均表现出一定的形状记忆性能，尤其是实施例1中制得的聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料的二次拉伸循环后的形状固定率和形状回复率均高于90%以上。

Claims (1)

1.一种聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将剑麻纤维素微晶置于烘箱中在100 ℃下干燥2~4 h，制得干燥后的剑麻纤维素微晶；
(2)称取0.0025 mol的ODA，加入三口烧瓶中，加入洁净的小磁石，再注入10 mL的NMP，打开磁力搅拌器，调整转动速度为200~400转/分钟，然后加入0.0025 mol的ODPA以及步骤(1)制得的干燥后的剑麻纤维素微晶，整个加入原料和试剂的过程在15 min内完成，然后在氮气氛下于25 ℃搅拌反应24 h，制得粘稠的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液；所述干燥后的剑麻纤维素微晶的用量为ODA与ODPA总质量的1~2%；
(3)将步骤(2)制得的含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液超声分散30 min，超声分散结束后，将含有剑麻纤维素微晶的PAA溶液均匀的涂抹在水平的模具上，然后将模具放入烘箱进行热亚胺化反应，设置烘箱的升温程序为分段升温模式：第一步，70 ℃保持4 h；第二步，升温至100 ℃保持1 h；第三步，升温至200 ℃保持1 h；第四步，升温至300 ℃保持1 h，升温结束后，烘箱自然冷却至室温，取出模具，将薄膜分离出来，所得薄膜即为聚酰亚胺/剑麻纤维素微晶复合材料。
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