炔基封端异酰亚胺树脂的合成及性能研究

论文摘要

航空航天、微电子等高技术领域的飞速发展对高性能树脂基复合材料的综合性能提出了更高要求。在众多高性能复合材料基体树脂中,聚酰亚胺树脂因具有优异的耐高温性能而得到了广泛关注。但是,聚酰亚胺树脂成型工艺苛刻,如难溶难融、固化温度高等,是制约其的大规模应用的瓶颈问题。本论文从分子设计的角度入手,设计合成了熔点低、溶解性好和低固化温度的新型炔基封端异酰亚胺树脂,并研究了新型炔基封端异酰亚胺树脂的合成路线及应用性能,主要研究内容和结果如下：1.采用非对称的3,4’-联苯二胺（3,4’-BPDA）作为二酐单体,带有柔性链醚键的3,4’-二氨基二苯醚（3,4’-ODA）作为二胺单体,以3-氨基苯乙炔（3-APA）作为封端剂,调整三者的比例制备了一系具有不同分子量的异酰亚胺（预聚物）及其齐聚物聚酰亚胺低聚体。采用红外光谱仪分别对产物进行结构确认、借助凝胶渗透色谱技术研究分子量分布、XRD表征产物结晶相行为。2.研究异酰亚胺树脂的基本性能,如溶解性、升温流变性能、热稳定性、玻璃化转变温度等；通过基本性能的对比研究,总结分子量对异酰亚胺树脂性能的影响；分别将异酰亚胺与其同分异构体-酰亚胺低聚体进行结构和性能上的对比研究。3.以一种异酰亚胺树脂为例研究其固化机理,合成3中不同结构的模型化合物,结合红外光谱仪和差示扫描量热仪研究其固化行为,为成型工艺提供参考。经过评价不同分子量的异酰亚胺树脂的可加工性、热稳定性、复合材料的长期和短期使用温度,确定两种树脂制备复合材料,研究其树脂分子量对复合材料成型工艺性能和力学性能的影响,并借助扫描电镜观察材料冲击断面形貌。最终确定一种加工性能优异、热稳定性能良好的异酰亚胺树脂进行标准件的制备。经超声无损检测,所制得的标准件没有气孔和缺陷,符合材料使用需求,有望作为长时间高温下使用的飞行器结构部件使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 热固性高分子化合物树脂基体
• 1.2.1 耐高温树脂基体介绍
• 1.2.2 聚酰亚胺概述
• 1.2.2.1 聚酰亚胺的历史与现状
• 1.2.2.2 聚酰亚胺的分类、性能及应用
• 1.2.2.3 聚酰亚胺的合成方法
• 1.2.2.4 聚酰亚胺的改性
• 1.3 含乙炔基的聚酰亚胺
• 1.4 异酰亚胺树脂
• 1.4.1 聚酰亚胺的缺点和解决思路
• 1.4.2 异酰亚胺的合成方法
• 1.5 本课题的指导思想
• 第二章 实验—合成及结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.1 试剂原料
• 2.2.2 反应装置和设备
• 2.2.3 分析仪器
• 2.3 树脂低聚物的合成
• 2.3.1 高分子量异酰亚胺（PⅡ-h）的合成
• 2.3.2 高分子量聚酰亚胺（PⅠ-h）的合成
• 2.3.3 中等分子量异酰亚胺（PⅡ-m）的合成
• 2.3.4 中等分子量聚酰亚胺（PⅠ-m）的合成
• 2.3.5 低分子量异酰亚胺（PⅡ-1）的合成
• 2.3.6 低分子量聚酰亚胺（PⅠ-1）的合成
• 2.4 树脂低聚体的结构表征
• 2.4.1 红外光谱测试
• 2.4.2 凝胶渗透色谱（GPC）测试
• 2.4.3 X射线粉末衍射（XRD）测试
• 2.5 小结
• 第三章 异酰亚胺树脂基本性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 装置和设备
• 3.2.3 测试仪器
• 3.3 树脂测试样品的制备
• 3.3.1 流变样品
• 3.3.2 热失重测试样品
• 3.3.3 预浸料制备及固化
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 树脂分子量及主链结构对溶解性的影响
• 3.4.2 预聚物的熔融性能研究
• 3.4.3 热稳定性能
• 3.4.4 热机械性能研究
• 3.5 结论
• 第四章 异酰亚胺树脂的固化行为、复合材料成型制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 高分子量树脂的固化行为研究
• 4.2.1 模型化合物的合成
• 4.2.1.1 含炔基高分子量聚酰亚胺（A）的合成
• 4.2.1.2 不含炔基高分子量酰胺酸（B）的合成
• 4.2.1.3 不含炔基高分子量异酰亚胺（C）的合成
• 4.2.2 模型化合物的固化行为研究
• 4.2.2.1 含炔基的聚酰亚胺（A）固化行为
• 4.2.2.2 不含炔基的酰胺酸（B）固化行为
• 4.2.2.3 不含炔基的异酰亚胺（C）固化行为
• 4.3 复合材料成型制备及性能
• 4.4 典型件的制备及性能研究
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 个人简历
• 在学期间发表论文
• 致谢