双马来酰亚胺树脂/官能化杂萘联苯聚醚砜共混体的结构与性能

论文摘要

双马来酰亚胺树脂（BMI）具有良好的耐高温、耐辐射、耐湿热、热膨胀系数小等优良特性,并克服了环氧树脂耐热性低和聚酰亚胺成型加工困难的缺点,广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。但是固化后的BMI树脂交联密度大,使得材料的脆性大、耐冲击和应力开裂的能力较差,限制了其应用,因此需要对其进行增韧改性。采用高性能热塑性树脂增韧双马来酰亚胺树脂是近年来研究较多的课题,该方法可以在不降低双马来酰亚胺树脂耐热性的前提下实现增韧。含二氮杂萘酮结构聚醚砜是大连理工大学近来开发出来的一种新型高性能热塑性聚合物材料,具有耐高温、可溶解、力学性能优异的特点,是非常理想的BMI树脂增韧选材,有望得到高性能BMI基体树脂。本文从分子设计的角度出发,合成了含二氮杂萘酮联苯结构的不同分子量、不同官能化的PPES,用其改性双马来酰亚胺树脂。研究了共混体系的固化动力学行为,计算固化动力学参数,确定了体系的固化工艺。采用光学显微镜（OM）研究了增韧剂与BDM树脂的相分离行为,跟踪了共混体系的反应诱导相分离,相分离是按旋节相分离（SD）机理进行。当PPES的分子量适中且含量为10phr时,体系的相结构可实现从分散相到球形粒子结构；含量为15phr时,相由分散相演变到双连续相再到规则的分散相；增韧剂的分子量越大时,分子间界面相容性越差,相较早的由分散相演变到微连续相,最终仍呈现较大的相结构。热失重分析（TGA）表明,增韧共混体系具有良好的耐热性能。在冲击实验中,冲击强度随着PPES含量的增大呈现先增大后减小,最大冲击强度值和临界应力强度因子值出现在15phr PPES的位置,这说明PPES有利于实现增韧。采用胺基和端马来酰亚胺基封端的聚芳醚砜（PPES-DA, PPES-BMI）来改性BMI树脂,冲击强度随着PPES含量的增加呈现增大,最大冲击强度值和临界应力强度因子值出现在20phr的位置。为进一步研究体系的力学性能,我们选择增韧剂含量为15phr的共混体系,测试了基体树脂和纤维增强复合材料的弯曲性能,增韧剂的加入导致弯曲应力下降,但下降的幅度较小。扫描电镜（SEM）表明,PPES树脂明显提高共混体系的韧性。这是由于是裂纹偏转分支、基体的塑性形变等增韧机理共同作用的结果。对于PPES-DA/BDM/DABPA和PPES-BMI/BDM/DABPA共混体系来说,除了具有PPES树脂的作用外,反应性端基又可以参与固化反应,降低交联密度并在交联网络中引入“柔性段”。同时官能团又大大增强了分子界面作用力,可大大提高混合体系的韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 文献综述
• 1.1 前沿
• 1.2 双马来酰亚胺树脂
• 1.2.1 马来酰亚胺树脂简介
• 1.2.2 马来酰亚胺树脂增韧改性
• 1.3 共混体系相分离
• 1.3.1 共混体系相分离的基本理论
• 1.3.2 共混体系两种分相机理
• 1.3.3 反应诱导相分离及相结构控制
• 1.4 玻璃纤维增强复合材料及界面理论
• 1.5 高性能聚芳醚砜
• 1.5.1 聚芳醚砜
• 1.5.2 含二氮杂萘联苯结构的聚芳醚砜的研究进展
• 1.6 选题依据
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 聚合物的合成
• 2.2.1 含二氮杂萘结构的聚醚砜的合成与精制
• 2.2.2 端胺基的聚醚砜的合成与精制
• 2.2.3 端马来酰亚胺基聚芳醚砜的合成与精制
• 2.3 共混体系的制备
• 2.4 玻璃纤维增强复合材料的制备
• 2.5 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.6 凝胶渗透色谱（GPC）
• 2.7 示差扫描量热（DSC）
• 2.8 热失重分析（TGA）
• 2.9 动态力学分析（DMA）测试
• 2.10 光学显微镜（OM）
• 2.11 力学性能测试
• 2.12 增韧断面观察
• 3. PPES的表征及对共混体系的影响
• 3.1 含二氮杂萘结构的PPES结构表征
• 3.2 PPES/BDM共混体系的固化动力学
• 3.2.1 共混体系的固化行为
• 3.2.2 固化动力学参数
• 3.2.3 动力学模型模拟
• 3.3 共混体系的相分离
• 3.3.1 相分离机理
• 3.3.2 PPES分子量对相分离的影响
• 3.4 PPES/BDM/DABPA共混体系的热稳定性
• 3.5 动态力学热分析
• 3.6 PPES/BDM/DABPA共混体系的强度
• 3.6.1 PPES/BDM/DABPA共混体系的冲击性能
• 3.6.2 PPES/BDM/DABPA体系的断裂韧性
• 3.7 PPES/BDM/DABPA共混体系的的增韧机理
• 3.8 本章小结
• 4 反应性能团的PPES改性BDM树脂
• 4.1 PPES-DA与PPES-BMI的表征
• 4.1.1 结构表征
• 4.1.2 PPES-DA和PPES-BMI的溶解性能
• 4.2 官能化PPES/BDM/DABPA共混体系固化动力学的研究
• 4.2.1 共混体系的固化行为
• 4.2.2 固化反应参数的计算
• 4.2.3 官能化PPES在体系中的固化机理
• 4.3 共混体系的相分离
• 4.4 共混体系的耐热性能
• 4.4.1 共混体系的动态力学热分析
• 4.4.2 共混体系的耐热性
• 4.5 共混体的力学性能
• 4.5.1 共混体的冲击强度
• 4.5.2 共混体的断裂韧性
• 4.5.3 共混体及玻纤增强树脂的弯曲性能
• 4.6 增韧机理
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢