摘要
纳米碳纤维（CNFs）是一种新型纳米碳材料，尺寸介于常规碳纤维和碳纳米管之间，具有高模量、高强度、高导电性、高比表面积、辐射屏蔽性能好等特点。但是由于纤维状材料存在易团聚、不易在溶液中分散，以及无机表面难以同聚合物材料良好结合等问题，直接掺杂CNFs时，常常导致其复合材料性能受到一定影响。因此，需要对CNFs表面进行改性，使其表面产生刻蚀的凹槽，增加表面粗糙度和官能团、细化表面微晶，增强CNFs与聚合物基体的结合程度，从而解决CNFs直接掺杂对复合材料性能所造成的不良影响。聚酰亚胺（PI）具有良好的综合性能，其力学、热学、电学、化学稳定性以及抗辐射等性能均优于一般聚合物材料，因此常被作为抗辐射材料，用于航空航天领域。复杂的空间环境对传统PI材料的性能提出了更高的要求。本文通过将CNFs表面进行酸化改性处理，再使用溶液混合法，将其引入聚酰胺酸中，进一步制备纳米碳材料在PI基体中混合均匀、分散良好的复合薄膜，具有良好的力学、电学、热学和抗电子辐照性能。具体研究内容如下：1、探索了一种简单易行的方法，对CNFs表面进行功能化修饰，成功制备了均苯型PI/CNFs-COOH复合薄膜。首先通过纯化和酸化的处理方法，制备出羧基化纳米碳纤维，再应用傅里叶红外光谱仪、X射线元素分析仪、透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜等多种测试方法，研究纳米碳纤维表面修饰处理前后的结构变化。然后通过比较原料同时加入法、原位聚合法和溶液混合法三种不同方法所制备的均苯型PI/CNFs-COOH复合薄膜性能，确定溶液混合法是相对最优的复合薄膜制备方法。研究结果表明：经酸化处理后，CNFs的表面官能团和粗糙度有所增加，表面微晶得到细化，促使其与PI基体结合；使用溶液混合法成功制备了表面光滑、分散均匀、性能良好的均苯型PI/CNFs-COOH复合薄膜。2、改变CNFs-COOH的含量，采用溶液混合法，成功制备了系列均苯型PI/CNFs-COOH-(Ⅰ-Ⅵ)复合薄膜，并应用傅里叶红外光谱仪、紫外可见光谱仪、热重分析仪、扫描式电子显微镜、介电常数仪和高阻仪等测试分析了复合薄膜的主要性能。应用X射线元素分析仪、微机电子万能试验机测试电子辐照前后复合薄膜力学性能的变化。研究结果表明：当CNFs-COOH的含量为0.5 wt%或者0.7 wt% 时 ， 与 均 苯 型 PI 薄 膜 相 比 ， 均 苯 型 PI/CNFs-COOH-Ⅲ 和PI/CNFs-COOH-Ⅳ复合薄膜的热稳定性、柔韧性、力学和抗电子辐照性能更为优异，而且通过改变CNFs-COOH的含量，来调节PI/CNFs-COOH复合薄膜的电学性能。3、改变CNFs-COOH的含量，采用溶液混合法，成功制备了系列联苯型PICNFs-COOH-n(n=1~6)复合薄膜，并通过傅里叶红外光谱仪、紫外-可见光谱仪、微机电子万能试验机、热重分析仪和介电常数仪等测试分析了复合薄膜的主要性能。研究结果表明：当CNFs-COOH的含量为0.5 wt%或0.7 wt%时，与联苯型PI薄膜相比，联苯型PI/CNFs-COOH-3和PI/CNFs-COOH-4复合薄膜具有更优异的热稳定性、柔韧性和力学性能。
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