聚硅烷改性含硅芳炔树脂的耐热性能研究

含硅芳炔树脂具有优异的耐高温性能,在高温下可形成C/SiC有机无机杂化材料,用聚硅烷对含硅芳炔树脂进行改性以提高其含硅量。采用示差扫描量热(DSC)、红外光谱(FT-IR)分析了改性含硅芳炔树脂的固化行为,采用TGA考察了改性含硅芳炔树脂固化产物及其烧结物的热稳定性能,并用XRD对烧结物进行了分析。研究表明,改性后的含硅芳炔树脂黏度降低、硅含量提高;固化物和烧结物在1200℃下空气中的残留率均提高了40%以上;固化物经1450℃烧结后形成了β-SiC,含聚硅烷30%的改性树脂烧结物中SiC含量达到41%。     

聚(间二乙炔基苯-苯基氢硅烷)树脂的合成及性能

以苯基三氯硅烷和间二乙炔基苯为主要原料,采用格氏试剂法制备了一种耐高温硅炔树脂聚(间二乙炔基苯-苯基氢硅烷)(PDBS);通过红外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱进行了结构表征,利用差示扫描量热分析、动态红外、流变分析和热重分析研究了聚合物的固化行为和耐热性能。结果表明,间二乙炔基苯与苯基三氯硅烷摩尔比的增加,能够提高PDBS树脂的相对分子质量。此外,随着树脂中硅含量的增加,其固化温度逐渐降低,热稳定性逐渐提高。PDBS树脂固化起始温度为175℃,其固化物具有良好的耐热性能,氮气氛围中失重5%时的温度(Td5)为627.3℃,1000℃时质量保留率为90.2%。     

氯化锌催化合成含硅芳炔树脂

以二乙炔基苯、双(二甲氨基)二甲基硅烷为原料,乙腈为溶剂,通过氯化锌催化实现单步硅烷化合成含硅芳炔树脂。研究结果表明,乙腈做溶剂,二乙炔基苯与双(二甲氨基)二甲基硅烷投料比为9∶8(摩尔比),ZnCl_2相对于炔过量0.65倍,回流反应11h效果最佳,收率高达90%以上;制备的含硅芳炔树脂在室温下呈流动状态,加工性能良好,加工温度为40~180℃,加工窗口为140℃;固化后的含硅芳炔树脂,在N_2气氛下热分解5%时的温度(T_(d5))为587℃。     

耐高温聚(间二乙炔基苯-甲基氢硅烷-苯基硅烷)树脂的合成及性能

以间二乙炔基苯、甲基氢二氯硅烷和苯基三氯硅烷为原料,利用格氏试剂法合成出一种耐高温硅炔树脂聚(间二乙炔基苯-甲基氢硅烷-苯基硅烷)(PDMP)。采用红外光谱分析、核磁共振谱图分析表征树脂的结构、凝胶渗透色谱测量树脂的分子量分布,利用差示扫描量热分析、旋转流变仪研究树脂的固化行为、热重分析表征聚合物的耐热性能。结果表明:随着苯基三氯硅烷与甲基氢二氯硅烷摩尔比的增加,树脂的耐热性先增高后降低。苯基三氯硅烷与甲基氢二氯硅烷摩尔比为4∶7时,合成的PDMP树脂耐热性最佳,氮气氛围中失重5%时的温度(Td5)达654℃,1000℃质量残留率为90.3%,空气氛围中的Td5达574℃,1000℃质量残留率为34.0%。     

聚(甲基苯基-间乙炔基硅烷)树脂的合成及热稳定性能

以甲基氢二乙炔基硅烷、甲基氢二氯硅烷和二苯基二氯硅烷为主要原料,通过格氏试剂与二氯硅烷的缩合反应,合成了一种硅炔杂化耐高温树脂聚(甲基苯基-间乙炔基硅烷)(PMPS)。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱对其结构进行了表征;利用傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热技术分析了树脂的固化行为;采用热重分析考察了树脂固化产物的热稳定性能。结果表明,PMPS树脂的数均相对分子质量为1140,相对分子质量分布系数为1.34,常温下黏度适中,具有良好的加工性能。树脂通过硅氢加成反应和Diels-Alder反应形成交联网络结构,固化产物具有良好的热稳定性,在空气和氮气气氛中失重5%时的温度(Td5)高于550℃,1000℃的质量保留率大于65%。     

新型含硅聚芳炔树脂基透波复合材料的制备与性能

为满足工程领域对耐高温树脂基透波复合材料的需求,研究石英纤维(QF)增强新型含硅改性聚芳炔(PSA)树脂基复合材料(QF/PSA)的制备方法及其性能。首先对树脂的黏度进行分析,确定了树脂在不同温度和时间下的黏度变化预测模型,适宜的树脂传递模塑工艺(Resin Transfer Molding, RTM)注胶温度在70~100℃范围;对树脂固化过程中的放热量、红外光谱和流变特性进行分析,确定了树脂的固化温度和固化过程,在250℃可以实现树脂的固化。基于上述分析进行了复合材料的高质量制备,并进一步对复合材料的微观形貌、力学性能、热膨胀性能、介电性能和耐高温性能进行分析和试验验证。材料的玻璃化转变温度(T_g)大于500℃,5%热失重温度(T5%)高达625℃,石英灯试验表明耐高温能力可达520℃/1000 s;介电常数稳定在3.1~3.2,介电损耗稳定在0.003以下;力学性能满足功能材料的使用要求。上述研究表明,该新型含硅聚芳炔树脂基透波复合材料在航空航天领域具有重要的应用价值。      

含硅芳炔树脂的改性及复合材料性能

合成了苯乙炔全封端含硅芳炔树脂(FEC-PSA)和含炔丙氧基苯并口恶嗪(P-appe),通过与含硅芳炔树脂(PSA)混合得到了4种不同共混质量比的改性含硅芳炔树脂,用模压成型制备了单向T800碳纤维增强改性含硅芳炔树脂复合材料。利用红外光谱、核磁共振氢谱、差示扫描量热分析和热重分析等方法对改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构和性能进行了研究。结果表明,共混树脂的黏度随温度的升高和加入P-appe质量分数增加而明显下降。当P-appe质量分数为30%时,共混树脂固化物5%热失重温度(T_(d5))为531℃,800℃残留率为85%;共混树脂浇铸体的弯曲强度为41.5 MPa,冲击强度达5.5 kJ/m~2;改性PSA树脂经T800碳纤维增强,其复合材料的弯曲强度和弯曲模量在常温下为1557 MPa和153 GPa,层间剪切强度为66 MPa。     

聚(二乙炔基苯-硅烷-硼烷)树脂的合成及性能

从分子结构设计出发,采用二乙炔基苯、苯基二氯硼烷和甲基氢二氯硅烷为主要原料,采用格氏试剂法合成了一种耐高温硼硅炔有机-无机杂化树脂聚(二乙炔基苯-硅烷-硼烷)(PASB)。采用FT-IR、1H-NMR、13C-NMR和GPC对其结构进行了表征,利用DSC和TGA研究了聚合物的固化反应行为和耐热性能,讨论了结构中不同硅硼含量与产物性能之间的依赖关系。结果表明,PASB树脂常温下黏度适中,可以在较低的温度下发生固化交联反应,具有良好的加工性能。其固化物具有良好的耐热性,在N2气氛下失重5%时的温度(Td5)均高于600℃,1000℃的质量保留率大于85%。     

聚(甲基苯基-间乙炔基硅烷)树脂的合成及热稳定性能EI北大核心CSCD

以甲基氢二乙炔基硅烷、甲基氢二氯硅烷和二苯基二氯硅烷为主要原料,通过格氏试剂与二氯硅烷的缩合反应,合成了一种硅炔杂化耐高温树脂聚(甲基苯基-间乙炔基硅烷)(PMPS)。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱对其结构进行了表征;利用傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热技术分析了树脂的固化行为;采用热重分析考察了树脂固化产物的热稳定性能。结果表明,PMPS树脂的数均相对分子质量为1140,相对分子质量分布系数为1.34,常温下黏度适中,具有良好的加工性能。树脂通过硅氢加成反应和Diels-Alder反应形成交联网络结构,固化产物具有良好的热稳定性,在空气和氮气气氛中失重5%时的温度(Td5)高于550℃,1000℃的质量保留率大于65%。     

聚硼硅氮烷杂化芳炔基树脂制备及抗热氧化性能

合成带乙炔基聚硼硅氮烷(PBSZ),并与含硅芳炔树脂(PSA)进行杂化制备聚硼硅氮烷杂化芳炔基(PBSZ/PSA)树脂,以改善芳炔基树脂的抗热氧化性能。采用FTIR、NMR和凝胶渗透色谱(GPC)对合成的PBSZ进行结构表征;采用旋转流变和DSC对PBSZ/PSA树脂的工艺性能进行研究;采用TGA、SEM和EDS对PBSZ/PSA树脂固化物的热稳定性和抗热氧化性能进行了研究。结果表明:PBSZ/PSA树脂具有良好的加工性能,树脂固化放热量较低,可在210℃下固化;树脂固化物在空气气氛1000℃下的残留率为38.0%,且其氧化后表面形成了60~80 μm厚致密的保护层,可起到良好的隔绝氧气作用;改性树脂固化物1200℃烧结物展现出优异的抗热氧化性能,烧结物1200℃氧化后表面形成约10 μm厚的致密陶瓷保护层,可有效地阻止氧气对材料的侵蚀。      

含柔性链端炔基POSS(POSS-LA)的合成及对含硅芳炔树脂的改性

通过水解缩聚、巯烯加成及酯化反应合成了八(十一烷酸丁炔醇酯基硫醚丙基)笼型倍半硅氧烷(POSS-LA),并通过红外光谱、核磁共振谱、差示扫描量热法等对POSS-LA的结构及性能进行了表征。用POSS-LA与含硅芳炔树脂(PSA)共混制得改性树脂LP-PSA,并对改性LP-PSA树脂进行了表征。研究表明,改性LP-PSA固化物的强度及韧性随POSS-LA的加入而提高。当POSS-LA的质量分数为15%时,弯曲强度可提升86%,冲击断裂能可提升91%。此外,LP-PSA固化物还显示了良好的热稳定性(热分解温度T_(d5)436℃)。     

侧氰基芳醚硅芳炔树脂的制备与表征

在无水三氟甲磺酸锌催化下通过2,6-双-(4-乙炔基苯氧基)-苯腈和二甲基二氯硅烷室温反应制备了侧氰基芳醚硅芳炔树脂(CNSA);采用1H-NMR、FTIR、DSC、TGA等分析测试技术表征了CNSA的结构与性能。结果显示,CNSA树脂具有好的溶解性和宽的加工窗口,可在较低温度(<200℃)下发生固化反应;树脂固化物具有好的热性能,在50~400℃之间无玻璃化转变,在N₂中质量损失5%的温度T_d5达512℃;T300碳纤维平纹布/CNSA(CF/CNSA)复合材料的室温弯曲强度达383.8 MPa,弯曲模量为62.9 GPa。      

基于酚醛结构的聚三唑树脂及其复合材料

设计并合成了一类含酚醛结构的聚三唑（NPTA）树脂,研究了其流变性能、固化行为、耐热性等,考察了NPTA树脂作为复合材料基体的可用性。研究结果表明,NPTA树脂具有良好的可加工性能,可低温固化成型,起始固化温度低于80℃,反应活化能较低;NPTA树脂的主链结构对其流变性能、固化行为和交联反应活化能影响不大。NPTA树脂固化物的耐热性受交联结构影响,玻璃化温度可高达278℃。T700碳纤维增强NPTA树脂（T700/NPTA）复合材料的力学性能优异,常温弯曲强度大于1 590 MPa,150℃下弯曲强度保持率超过68.6%。     

热熔法预浸料用氰酸酯树脂的性能

采用聚醚砜(PES)对氰酸酯树脂改性,制备出PM915树脂。对PM915树脂的工艺性能和固化物性能进行了系统研究,该树脂成膜性和贮存稳定性良好,适用于热熔法预浸料工艺。研究了PM915树脂的流变性能及凝胶时间,树脂在70℃时的黏度为20 Pa·s左右,在120℃条件下可保持黏度稳定时间达115 min,160℃时凝胶时间为40 min。PM915树脂制备过程中部分反应热已释放,其拥有较低的固化放热焓,固化温度为220℃。通过引入热塑性组分PES,PM915树脂的固化收缩率低至0.16%。PM915树脂固化物具有优良的热性能,热失重5%时的温度T_d5=423℃,玻璃化转变温度T_g=276℃,热膨胀系数为4.4×10?5/℃。通过热塑性树脂的改性,引入了柔性基团,进而提高了树脂固化物的韧性,PM915树脂固化物的弯曲强度和弯曲模量分别为139.3 MPa和4.2 GPa,拉伸强度和拉伸模量分别为75.8 MPa和3.8 GPa;扫描电子显微镜（SEM）表征显示PM915树脂固化物为韧性断裂。结果表明,PM915树脂是一种适用于热熔法预浸料的氰酸酯树脂基体,且具有低固化收缩率、高尺寸稳定性和优良耐热性,可应用于卫星等航天器结构件。      

加成型酚醛改性双马树脂及其复合材料性能

双马来酰亚胺(BMI)树脂因其优异的性能已在航空航天、电子和其他工业领域获得应用,为满足其在高速飞行器结构件中需求,用加成型酚醛树脂改性BMI体系以改善其热-力学性能。通过Williamson醚化反应合成了炔丙基醚化酚醛树脂(PN)和烯丙基醚化酚醛树脂(AN),采用熔融共混法分别与N,N’-(4,4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BDM)和2,2’-二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系(BD)共混,制备了三元热固性树脂：PN改性BD(BDPN)和AN改性BD(BDAN)。研究了两种加成型酚醛树脂改性的BD树脂体系的加工工艺性和固化行为的变化,并对改性前后固化树脂及其复合材料的热、力学性能进行了研究。结果表明：共混树脂体系都在极性溶剂中有好的溶解性,加工窗口都有50℃以上。BDPN和BDAN固化反应只有一个放热峰,最高放热峰值温度比BD树脂低。用FTIR跟踪验证了BD、BDPN和BDAN树脂体系发生的Ene、DielsAlder、Claisen重排和炔基与马来酰亚胺环的聚合反应。PN热氧稳定性好,改性的BDPN固化树脂空气中质量损失5wt%的温度(T_d5)高于400...     

苯并噁嗪共混树脂及其玻璃纤维布增强复合材料的制备与性能

采用氨基保护和还原方法合成了对氨基苯炔丙基醚(APPE), 与苯酚和多聚甲醛通过Mannich缩合制备了含炔丙基的苯并噁嗪(P-APPE)。采用溶液共混的方法, 将P-APPE与苯酚/苯胺型苯并噁嗪(PAF)和含硅芳炔树脂(PSA)共混得到了改性苯并噁嗪树脂。用差示扫描量热法、动态热力学分析、热失重分析和宽频介电仪研究了该树脂体系的热性能和介电性能。研究结果表明: PSA加入到苯并噁嗪树脂中可提高共混树脂的热性能, 加入质量分数为14.3%的PSA可使共混树脂的 T _g从195℃提高至235℃, 其5%热失重温度从350℃提高至399℃; 共混树脂的介电损耗因子和介电常数随PSA加入量的增加而降低。玻璃纤维布增强的共混树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲强度在加入质量分数为5.3%的PSA后下降超过50%。     

含磷双环戊二烯酚醛固化剂的合成及固化环氧树脂的性能

合成了一种含磷酚醛型环氧树脂固化剂DCPD-DOPO,通过红外光谱和核磁共振谱对其化学结构进行了表征,采用凝胶渗透色谱测量了其相对分子质量。以DCPD-DOPO、苯酚型酚醛树脂(PF8020)或其复合物为固化剂,双酚A环氧树脂(DGEBA)为基料,制备了不同磷含量的阻燃环氧树脂。通过热重分析、差示扫描量热分析研究了环氧树脂固化物的热性能和阻燃性能;通过极限氧指数(LOI),垂直燃烧实验和锥形量热法研究了固化后环氧树脂固化物的燃烧特性。结果表明,DCPD-DOPO固化的环氧树脂的LOI可达31.6%,垂直燃烧性能达到UL94 V-0级,玻璃化转变温度(T_g)为133℃。采用DCPD-DOPO与PF8020复合物固化的环氧树脂的T_g提高到138℃以上,LOI值略有降低,但仍能通过UL 94V-0测试。DCPD-DOPO与PF8020添加DCPD-DOPO后,复合固化的环氧树脂的热释放速率峰值及总释热量较PF8020固化的环氧树脂大幅度降低。此外,还用Kissinger法对环氧树脂固化反应动力学进行了研究。     

纳米TiO2对改性BMI树脂固化反应及热稳定性影响

将芳香二胺、N-取代苯基马来酰亚胺等组分引入双马树脂以降低固化物交联密度,研究了纳米TiO₂对该改性双马树脂固化反应性和固化树脂热稳定性的影响。利用差热分析、凝胶特征曲线对树脂的固化反应性进行研究,采用热重分析和红外分析表征固化树脂的热稳定性和树脂固化前后IR光谱变化特征。结果表明:该系列树脂基体具有较低的熔点(70~90℃),良好的溶解性,大多数预聚体可溶解于丙酮溶剂;纳米TiO₂的引入可使固化温度下降45~105℃,固化物的耐热温度指数提高19~27℃。      

端炔基遥爪型聚酰亚胺(API)的制备及T300碳纤维布/API复合材料性能

以3,4'-氧双邻苯二甲酸酐、1,3-双（氨丙烷基）四甲基二硅醚和间氨基苯乙炔或对氨基苯基炔丙基醚为原料,合成了六种端炔基遥爪型聚酰亚胺（API）,采用模压成型制备了T300碳纤维布增强API（T300碳布/API）复合材料。利用FTIR、1H NMR、DSC、TGA、DMA等方法研究了API树脂及T300碳布/API复合材料的结构和性能。结果表明,六种API树脂溶解性良好,其加工窗口随分子量的增加而变宽,端炔丙氧基API（API-e）树脂的加工性能优于端乙炔基API（API-a）树脂;API树脂固化物的热稳定性随分子量的增加而降低,API-a树脂固化物5%热失重温度（T_d5）和800℃残留率高于API-e固化物,分别为473.7℃和48.8%;T300碳布/API复合材料的玻璃化转变温度可达220℃以上,其力学性能随其分子量的增加而提高,T300碳布/API-e复合材料在室温和200℃的力学性能均优于T300碳布/API-a复合材料。室温下T300碳布/API-e复合材料的弯曲强度为636.5 MPa,拉伸强度为406.1 MPa,层间剪切强度（ILSS）为48.4 MPa,在200℃的弯曲强度和ILSS分别为381.9 MPa和33.9 MPa。