高性能液晶环氧树脂改性热固性树脂的研究

论文摘要

高性能热固性树脂在航空航天、电子信息等尖端技术领域占据重要的地位。脆性大是热固性树脂的固有缺点,因此增韧是研发高性能热固性树脂的重要课题。氰酸酯（CE）树脂和甲基苯基硅树脂（Silicone）是两类重要的高性能热固性树脂,本文以它们为典型代表,通过高性能液晶环氧树脂的设计合成,展开高性能热固性树脂的改性研究。本论文以乙二醇单烯丙基醚为原料,采用酰氯化和氧化方法合成了含有三个苯环的芳香聚酯型液晶环氧化合物-----双4-环氧丙基乙氧基苯甲酸对苯二酚酯（LCE）,采用偏光显微镜、FTIR、1H-NMR和DSC对LCE的结构进行了表征,测定了其熔点、清亮点,得到了液晶区域范围;采用热台偏光（POM）和X射线衍射证明了LCE为近晶型液晶。以LCE为改性组分,设计制备了LCE/CE树脂和LCE/EP/Silicone树脂,并系统研究了两类改性树脂的综合性能。对于LCE/CE树脂体系,探讨了LCE含量对树脂的反应性、韧性、耐热性、介电性能及吸水率等关键性能的影响。研究结果表明,引入LCE不仅可以加快CE的固化,提高CE树脂的韧性和耐水性,而且这些积极的效果随着LCE含量的增加而更加显著。此外,随着LCE含量的增加,降低树脂的线性热膨胀系数和介电损耗,表明LCE改性CE树脂具有比CE树脂更佳的综合性能。对于LCE/EP/Silicone树脂体系,重点研究了组成的配比对树脂的力学性能、介电性能、热稳定性能、吸水性的影响。研究结果表明,当LCE含量为15%时LCE/EP/Silicone树脂具有最大的冲击强度（大约为EP/Silicone树脂的1.7倍）。与EP/Silicone树脂相比,LCE/EP/Silicone树脂体系具有更佳的抗水性。随着LCE含量增加,LCE/EP/Silicone树脂的热稳定性基本不变化,但介电常数和损耗降低,表明由适当配比组成的LCE/EP/Silicone树脂具有突出的力学性能、耐湿性和介电性能。材料结构与性能关系规律的研究说明固化树脂性能的变化与LCE的液晶特性和交联网络化学结构的改变有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 热固性树脂的改性方法
• 1.2.1 无机刚性粒子改性热固性树脂
• 1.2.2 橡胶弹性体改性
• 1.2.3 热塑性树脂改性热固性树脂
• 1.2.4 互穿聚合物网络改性
• 1.3 CE 的性能及改性
• 1.3.1 热固性树脂改性CE 树脂
• 1.3.1.1 EP 改性CE
• 1.3.1.2 BMI 改性CE
• 1.3.1.3 BMI/EP/CE 三元改性体系
• 1.3.2 热塑性树脂改性CE 树脂
• 1.3.3 橡胶弹性体增韧CE
• 1.3.4 无机刚性粒子改性CE
• 1.4 有机硅树脂的性能及改性
• 1.5 热固性液晶树脂（LCTs）
• 1.6 液晶环氧树脂
• 1.6.1 液晶环氧树脂的概述
• 1.6.2 液晶环氧树脂改性改性热固性树脂的研究进展
• 1.7 课题的提出和研究内容
• 第二章 液晶环氧树脂的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料及实验仪器
• 2.2.2 LCE 的制备
• 2.2.2.1 乙二醇单烯丙基醚的磺酸盐（A）制备
• 2.2.2.2 单烯丙氧基乙氧基苯甲酸（B）的制备
• 2.2.2.3 双烯丙氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚酯（C）的制备
• 2.2.2.4 双环氧丙氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚酯（D）的制备
• 2.2.3 结构表征和性能测试
• 2.2.3.1 红外光谱（IR）
• 2.2.3.2 核磁（1H-NMR）测定
• 2.2.3.3 差示扫描量热仪（DSC）测定
• 2.2.3.4 X 射线衍射（XRD）测定
• 2.2.3.5 热台偏光显微镜（POM）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 影响LCE 合成的因素
• 2.3.1.1 影响LCE 中A 的因素
• 2.3.1.2 影响LCE 中B 的因素
• 2.3.1.3 产物LCE 中C 的因素
• 2.3.1.4 LCE 中产物D 的因素
• 2.3.2 LCE 的结构表征
• 2.3.2.1 LCE 中产物A 的表征
• 2.3.2.2 LCE 中产物B 的表征
• 2.3.2.3 LCE 中产物C 的表征
• 2.3.2.4 LCE 中产物D 的表征
• 2.4 小结
• 第三章 LCE/CE 固化树脂的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料
• 3.2.2 LCE/CE 未固化样品的制备
• 3.2.3 CE 固化树脂的制备
• 3.2.4 LCE/CE 固化树脂的制备
• 3.2.5 结构表征与性能测试
• 3.2.5.1 差示扫描量热分析（DSC）
• 3.2.5.2 冲击强度
• 3.2.5.3 断面形貌
• 3.2.5.4 动态力学性能（DMA）
• 3.2.5.5 热膨胀系数（CTE）
• 3.2.5.6 热失重分析（TGA）
• 3.2.5.7 介电性能
• 3.2.5.8 吸水率
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 LCE 含量对CE 固化行为的影响
• 3.3.2 LCE/CE 树脂的力学性能研究
• 3.3.2.1 冲击强度及冲击断面SEM
• 3.3.2.2 LCE/CE 树脂动态模量的研究
• 3.3.3 LCE/CE 树脂体系的介电性能的研究
• 3.3.4 LCE/CE 树脂的耐热性能研究
• 3.3.4.1 Tg
• 3.3.4.2 热膨胀系数
• 3.3.4.3 热稳定性
• 3.3.4.4 吸水性
• 3.4 小结
• 第四章 LCE/EP/Silicone 固化树脂的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料
• 4.2.2 EP/Silicone 树脂的制备
• 4.2.3 LCE/EP/Silicone 树脂的制备
• 4.2.4 结构表征与性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 LCE 含量对LCE/EP/Silicone 树脂固化行为的影响
• 4.3.2 LCE/EP/Silicone 树脂的力学性能
• 4.3.3 LCE/EP/Silicone 树脂的介电性的研究
• 4.3.4 LCE/EP/Silicone 树脂的热稳定性的研究
• 4.3.5 LCE/EP/Silicone 树脂的吸水性的研究
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表/撰写的论文、专利
• 致谢