耐湿热环氧树脂基体的制备与性能研究

论文摘要

含芴基结构环氧树脂是一类二官能度的固体环氧树脂,由于引入刚性芴基,固化树脂具有高强、耐热、耐湿等优点,可作为纤维增强复合材料和电子封装材料的基体树脂。本论文合成了两种含芴结构环氧树脂,9,9-双（4-羟基苯基）芴二缩水甘油醚（DGEBF）和9,9-双（3-甲基-4-羟基苯基）芴二缩水甘油醚（DGEMBF）,及两种芴基二胺类固化剂,9,9-双（4-氨基苯基）芴（BPF）和9,9-双（3-甲基-4-氨基苯基）芴（BMAPF）,优化了合成反应条件,各产物分子结构均经傅立叶红外光谱（FTIR）、核磁共振波谱（NMR）和质谱（MS）确证。采用相转移催化法可高效合成芴基环氧树脂,环氧值最高可达理论值的95%左右;芴酮与芳香胺经亲核取代反应可用于制备芴基二胺类固化剂,优化工艺条件下,BPF与BMAPF的平均收率分别可达59.4%、69.2%,质量分数均可达99.4%。选用通用双酚A环氧树脂（E-44）和脂环族环氧树脂（TDE-85）对芴基环氧树脂进行共混改性,采用芳香胺类为固化剂,制备共混树脂体系。通过差示扫描量热分析（DSC）监测了各树脂体系的固化行为,并外推各体系的固化温度,结合凝胶曲线确定固化工艺。DSC结果表明,主链芴基及侧链甲基的引入使得树脂体系的反应活性下降,外推固化温度向高温段移动。对各树脂体系的剪切强度研究表明,DGEBF高温力学性能良好,但脆性大,通过向侧基引入甲基使得DGEBMF的室温力学性能得到改善;芴基二胺固化树脂高温力学性能优于通用芳香胺固化树脂;环氧树脂/固化剂的配比对树脂体系的性能亦有一定影响。通过动态热机械分析（DMTA）及热重分析（TG）进一步考察了共混树脂体系的热性能。结果表明,含芴结构环氧树脂的玻璃化转变温度及弹性模量普遍高于纯E-44及TDE-85环氧树脂,玻璃化转变温度一般随着芴基环氧树脂添加量的增加而相应提高,热失重实验具有相同的规律。当使用BPF为固化剂时,共混树脂体系的玻璃化转变温度最高可达260℃。对于芴基二胺固化剂,侧基甲基的引入会导致固化树脂的弹性模量、玻璃化转变温度及热分解温度的下降。吸水率实验表明,芴基二胺的耐水性优于DDS及DDM,除TDE-85树脂外,各芴基二胺固化体系的平衡吸水率均低于2.3%。通过共混芴基环氧树脂,可达到降低共混树脂吸水率的目的。憎水芴基及柔性甲基的引入均有利于降低固化树脂的吸水性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 环氧塑封料简介
• 1.2.1 环氧塑封料的主要组分及作用
• 1.2.2 环氧塑封料的发展方向
• 1.3 耐热、耐湿环氧树脂体系研究进展
• 1.3.1 芴基环氧树脂
• 1.3.2 其它耐湿热环氧树脂
• 1.3.3 新型耐湿热固化剂
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料和主要设备
• 2.2 芴基环氧树脂合成
• 2.3 固化剂合成
• 2.3.1 9，9-双（4-氨基苯基）芴（BPF）
• 2.3.2 9，9-双（3-甲基-4-氨基苯基）芴（BMAPF）
• 2.4 表征与测试
• 2.4.1 结构表征
• 2.4.2 性能测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 环氧树脂及固化剂的制备与表征结果分析
• 3.1 芴基环氧树脂的制备与表征
• 3.1.1 环氧树脂的制备
• 3.1.2 环氧树脂的表征
• 3.2 固化剂的制备与表征
• 3.2.1 固化剂的制备
• 3.2.2 固化剂表征
• 3.3 本章小结
• 第4章 环氧树脂固化反应条件的研究
• 4.1 凝胶时间的测定
• 4.2 不同升温速率下DSC分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 固化环氧树脂性能研究
• 5.1 树脂及固化剂的筛选
• 5.1.1 树脂基体选择
• 5.1.2 固化剂选择
• 5.1.3 固化剂用量选择
• 5.2 BPF固化体系性能研究
• 5.2.1 BPF固化体系的热性能分析
• 5.2.2 BPF固化体系的吸水性能测定
• 5.3 BMAPF固化体系性能研究
• 5.3.1 BMAPF固化体系的热性能分析
• 5.3.2 BMAPF固化体系的吸水性能测定
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢