酚醛氰酸酯的固化反应、结构与性能的研究

论文摘要

氰酸酯树脂在九十年代以后，成为高性能树脂基复合材料研究领域的重点和热点。它具有比酚醛树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等已成熟的高性能树脂更好的介电性能、力学性能以及耐热、耐烧蚀性能等，可以作为透波材料、结构材料、耐高温粘接材料、覆铜板基板材料等使用，在航空航天、电子、军事等领域有着重要的应用前景。酚醛氰酸酯以其独特的结构比一般氰酸酯，如双酚A型、双环戊二烯型等，具有更高的耐热性，是优异的耐热材料之一，但酚醛氰酸酯的合成与应用研究相对滞后，国内酚醛氰酸酯的研究与发展还处在刚刚起步的阶段。因此，有必要对其进行应用基础研究。本文通过傅立叶红外光谱（FTIR）、原位红外跟踪（In situ FTIR）、差示扫描量热分析（DSC）、NMR等手段对酚醛氰酸酯的固化反应机理、固化反应动力学、固化反应制度等进行了探讨，发现酚醛氰酸酯固化时，酚醛氰酸酯中酚羟基、残留酚、金属离子或水分等对酚醛氰酸酯的固化起了重要的作用，纯度较高的酚醛氰酸酯是较难固化的，且其固化反应比较复杂，反应总级数n＝2.8，活化能Ea=165.1KJ／mol，固化反应动力学方程更符合自催化反应动力学模型。经过实验分析得出，提高固化温度、延长固化时间能使氰酸酯基团转化率增加，而交联度过高，又会使其力学性能降低，综合考虑确定其固化反应制度为120℃2h+150℃2h+180℃3h+200℃2h+250℃2h。通过各种热分析和性能检测手段，对酚醛氰酸酯的结构、性能进行了表征，研究了不同固化制度下固化条件对酚醛氰酸酯树脂固化产物结构与性能的影响，并探讨了其复合材料的性能及应用前景。研究发现，酚醛氰酸酯虽然力学性能不佳，但具有优异的耐热性能，这是因为其结构中含有大量的苯环及三嗪环；固化温度及时间对酚醛氰酸酯的结构与性能也有着不可忽视的影响，要得到力学性能和耐热性能俱佳的树脂固化产物，必须合理的设置固化温度与时间。酚醛氰酸酯复合材料力学性能较差，但其耐热性能和烧蚀性能优异，经过改性及难题攻克，其应用领域与前景仍十分广阔。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 酚醛氰酸酯的现状及发展趋势
• 1.2.1 国外酚醛氰酸酯的研究、发展现状
• 1.2.2 国内酚醛氰酸酯的研究、发展现状
• 1.2.3 酚醛氰酸酯的研究存在的问题
• 1.3 酚醛氰酸酯的不同合成方法及特点
• 1.3.1 酚醛氰酸酯的合成方法
• 1.3.1.1 酚醛氰酸酯的传统卤化氰-酚合成法
• 1.3.1.2 酚醛氰酸酯的改进卤化氰-酚合成法
• 1.3.2 酚醛氰酸酯的不同合成方法比较
• 1.3.2.1 不同合成法得到酚醛氰酸酯的纯度
• 1.3.2.2 不同合成法得到酚醛氰酸酯的凝胶试验和反应性
• 1.3.3 合成酚醛氰酸酯的影响因素
• 1.3.3.1 反应物的组分比对合成产物的影响
• 1.3.3.2 反应温度的影响
• 1.4 课题研究的目的、意义和内容
• 1.4.1 课题研究的目的和意义
• 1.4.2 课题研究的内容
• 第二章 酚醛氰酸酯的固化反应研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料与设备
• 2.2.2 实验内容
• 2.2.2.1 固化反应机理
• 2.2.2.2 固化反应动力学
• 2.2.2.3 固化反应制度
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 固化反应机理研究
• 2.3.2 固化反应动力学研究
• 2.3.2.1 DSC法固化反应动力学探讨
• 2.3.2.2 原位FTIR法固化反应动力学探讨
• 2.3.3 固化反应制度研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 酚醛氰酸酯的结构与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料与设备
• 3.2.2 试验内容
• 3.2.2.1 酚醛氰酸酯的结构表征
• 3.2.2.2 酚醛氰酸酯的性能检测
• 3.2.2.3 酚醛氰酸酯复合材料的制备及性能检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 酚醛氰酸酯的结构表征
• 3.3.2 酚醛氰酸酯的基本性能
• 3.3.2.1 碱金属、碱土金属及固体含量
• 3.3.2.2 外观、粘度及凝胶特性
• 3.3.2.3 力学性能
• 3.3.2.4 烧蚀耐热性能
• 3.3.3 酚醛氰酸酯的固化条件对固化产物结构与性能的影响
• 3.3.3.1 固化温度的影响
• 3.3.3.2 固化时间的影响
• 3.3.4 固化制度各阶段酚醛氰酸酯固化物结构与性能的变化
• 3.3.4.1 同一固化制度不同阶段酚醛氰酸酯结构的变化
• 3.3.4.2 同一固化制度不同阶段酚醛氰酸酯性能的变化
• 3.3.5 酚醛氰酸酯复合材料的性能及应用展望
• 3.3.5.1 酚醛氰酸酯复合材料的力学性能及耐湿热性能
• 3.3.5.2 酚醛氰酸酯及其复合材料的应用前景
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录