功能化聚芳醚酮材料的研究进展

于莹莹，杨丰绮，唐玉娇

(长春科技学院，吉林 长春 130000)

无论是小到汽车，大到飞机坦克，都离不开各种材料的应用，人类先后经历了瓷器，青铜器，铁器到现在各种新型复合材料的应用。我们的需求也越来越多样化，这就要求我们制造出性能更优越，不仅满足日常生产生活需要，同时也要符合当今时代的发展需求的材料。其中特种工程塑料是在汽车工业，航天领域，军事等都具有广泛应用前景的新型材料。它具有高于一般塑料的机械性能和耐热性并且在长期使用情况下不变形等优点，特种工程塑料具有不亚于钢铁的强度和硬度但是要比钢铁轻许多的特点，所以已经越来越多的应用于汽车及其相关领域。

近年来，我们逐渐意识到聚芳醚酮是一类新型且具有优异性能的特种工程塑料，它是一类通过醚键和羰基链接而成的结晶型新聚合物，通过控制单体的投料比和类别的不同。可分为多种类型的聚芳醚酮类聚合物，包括聚醚酮(PEK),聚醚酮酮(PEKK),聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酮醚酮(PEKEK),聚醚醚酮酮(PEEKK)，等五类高性能聚合物。PAEK是目前为止具有最高耐热等级半结晶型热塑性高分子材料，UL温度指数240℃～350℃，是一代新性能热塑性高分子材料[1]。上个世纪六十年代起，科学界开始了对聚芳醚酮的探索，目前杜邦公司的这种聚芳醚酮材料已广泛应用于飞机的各种零部件中。PAEK具有良好的高温性能，力学性能，耐化学药品性，耐疲劳，耐老化，并且具有良好的电性能和阻燃性能，所以目前广泛应用于电子，航天，航空，汽车,石油化工等方面，并且促进了该行业的发展,我国直至上世纪80年代中期才开始进行聚芳醚酮的研究。聚芳醚酮是一种具有半结晶性结构的特种工程塑料，其主链的苯环结构增加了链刚性，使其具有较高的玻璃化转变温度和热分解温度，并且共轭双键增加其力学性能[2]。而其中的醚键又增加其链柔性，聚芳醚酮分子链堆砌排列紧密，所以溶剂小分子不容易进入聚合物内部，这样这类聚合物就具有良好的耐化学腐蚀性，现研究的聚芳醚酮主要含有以下几种：聚醚醚酮，聚醚酮，聚醚酮酮，聚醚醚酮酮等。

通过在聚醚酮聚合物中引入不同结构侧基，使其具有不同支化结构，并使其与具有不同官能团的单体反应，也可以使其交联，从而使其具有不同性能，所以现在越来越多的研究是关于设计出不同类型的聚醚酮材料结构，使其具有不同的热力学性质，从而满足不同的需求。下面主要介绍几种不同类型的功能化聚芳醚酮材料。

1 质子交换膜

质子交换膜(Proton Exchange Membrane)是质子交换膜燃料电池的主要部件，它是一种新型环保材料，它具有功率高，转换率高，便携等优点，在电动汽车和固定发电站等方面得以应用，而基于聚芳醚酮的质子交换膜是将聚合物磺化，是在聚芳醚酮的苯环上引入磺酸基使其具有良好的质子传导能力，因这类材料具有优异的热力学性能及化学稳定性而受到越来越多的关注，磺化程度作为影响膜传导性的因素，随着磺化程度提高质子传导能力也就提高，电导率也就越高[1]。

2 超支化聚芳醚酮

不可否认聚芳醚酮拥有许多良好的特征，但正是由于其卓越的力学性能导致其加工性变差，所以为了克服这一缺点，人们逐渐对这类超支化聚合物产生了兴趣，并经历了一个漫长的过程。吉林大学姜振华小组对超支化聚合物进行了改进，利用A2+B3型单体合成方法合成了新型超支化聚芳醚酮，并利用B3型F作为封端剂，超支化聚醚醚酮拥有良好的应用前景[3]。

3 含萘聚芳醚酮材料

含萘聚芳醚酮最早由P.M.Hergenrother等人报道合成，将萘环引入聚芳醚酮有助于将其功能化，在很多方面都有应用[4]。例如低介电常数材料，近些年来，我们一直在寻找一种低介电常数材料，因为萘环的独特空间二面角结构可以增加聚合物自由体积，并且引入萘环后，其高活性位点可以促进聚合物进一步和其他化合物反应，并且兼具聚芳醚酮的各种优异性能，近来成为研究热点，并且最近也应用于质子交换膜材料中，通过引入萘环，其刚性结构使之形成一种疏水结构，保持了聚合物在水中较高温度时的形态和性能，并且能够增大质子传导率，并且引入非对称性萘环可以是降低分子链堆砌的规整性，从而使聚合物结晶性和熔点降低，综上，含萘环结构聚芳醚酮拥有良好的应用前景。

4 光波导材料

传统光波导材料如石英光纤等虽然具有衰减小，速度快等优点广泛应用于光电通信过程中，但是其有成本高，成型加工复杂的缺点，所以有机聚合物类光波导材料成为新一类研究对象，大连理工蹇锡高课题组研发了一系列含二氮杂萘酮结构的聚芳醚酮材料——二氮杂萘酮联苯类聚芳醚酮、聚芳醚酮酮、聚芳醚砜酮等。研究表明这类聚合物拥有良好的溶解性，并且对这些材料进行光电方面的测定，发现其有较大的双折射，适用于应用在偏折射器件方面，对降低光损耗方面进行更深入的研究，采用旋涂成膜工艺将其制成光波导薄膜并进行改性，所以基于聚芳醚酮的光电材料在未来拥有很好的应用前景。