苯并噁嗪-氨基稀释剂改性硅炔杂化树脂及其复合材料性能

采用氨基稀释剂(AD)和端乙炔基型聚苯并噁嗪(EB)树脂改性一种具有高力学性能的聚(间二乙炔基苯-二甲基硅烷)(PDMP)树脂。按照质量比PDMP∶EB∶AD=5∶1∶1进行共混后制备PDMP-EB-AD树脂。利用FTIR、DSC、介电分析仪(DEA)、TGA分析改性前后树脂的结构、黏度、固化过程和耐热性能变化。结果表明,AD与EB中的—NH₂和—C≡CH均参与进PDMP固化过程中,共混后PDMP-EB-AD树脂固化温度升高,黏度降低,热分解温度(T_d5)在N₂和空气下分别为539.5℃和518.7℃,1 000℃质量保留率分别为85.1%和18.1%。利用浸渍法将PDMP-EB-AD树脂与石英纤维(QF)制备成预浸料进行模压成型,制备的QF增强PDMP-EB-AD树脂(QF/(PDMP-EB-AD))复合材料力学性能极大提高,且树脂与纤维的黏结性得到改善。常温下QF/(PDMP-EB-AD)复合材料弯曲强度和层间剪切强度(ILSS)分别为694.5 MPa和41.9 MPa,较QF/PDMP复合材料分别提高了176.6%和96.7%,250℃时弯曲强度和ILSS达到319.5 MPa和20.11 MPa。      

3,3',4,4'-联苯四胺改性邻苯二甲腈树脂及其复合材料性能

采用3,3’,4,4’-联苯四胺(LBS)与联苯型邻苯二甲腈树脂(BPh)进行预聚反应制备改性联苯型邻苯二甲腈树脂预聚物(BLBS)。利用红外光谱法、差示扫描量热仪、旋转流变仪和热重分析对BLBS的固化行为、流变性能和耐温性能进行研究。结果表明,BLBS最低可在240℃前开始固化,但仍需要较高的温度才能固化完全;BLBS-3固化物在氮气和空气氛围中的质量损失5%时的温度(T_d5)分别为549.4℃和555.6℃。石英纤维增强BLBS复合材料(QF/BLBS)具有优异的力学性能和耐热性能,玻璃化转变温度(T_g)大于500°C,室温弯曲强度和层间剪切强度分别为711.5 MPa和48.5 MPa,400℃热处理2 h后弯曲强度和层间剪切强度分别为680.5 MPa和31.3 MPa。     

含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂的制备及性能

以端羟基聚二甲基硅氧烷和4-硝基邻苯二甲腈为原料,在强极性溶剂中进行亲核取代反应合成了含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂(SIPH),并利用氨基改性剂(AWL)与该树脂进行反应制备了改性含聚硅氧烷链段邻苯二甲腈树脂预聚物(SIPH-AL)。通过红外光谱和核磁共振表征了SIPH树脂的化学结构;采用差示扫描量热法、红外光谱法、热重分析和动态力学热分析表征了SIPH-AL的固化行为和固化物的耐热性。结果表明,SIPH-AL起始固化温度为207℃,其固化物在空气和氮气中失重5%的温度(T_d5)及1000℃质量保留率分别是453℃,29%和500℃,77%;石英纤维增强SIPH-AL复合材料室温和600℃时的弯曲强度分别为515.5 MPa和94.5 MPa,玻璃化转变温度(T_g)高于500℃。     

苯并噁嗪型邻苯二甲腈的制备及性能

以4-氨基苯氧邻苯二甲腈(BZN)、多聚甲醛和双酚A/联苯二酚/苯酚为原料制备了苯并噁嗪型邻苯二甲腈,分别命名为BZPh-A,BZPh-B和BZPh-C。采用差示扫描量热法、傅里叶变换红外光谱法和热重分析法分析了BZPh的固化行为和固化物耐热性,结果表明,BZPh为双重固化机理,分别是噁嗪环的开环聚合和氰基的自催化交联固化,BZPh-C的固化温度分别为219.4℃和264.4℃,其固化物在N₂和空气中热失重5%的温度(T_d5)及800℃质量保留率分别为467.2℃,74.7%和464.6℃,21.4%,耐热性优于BZPh-A和BZPh-B。石英纤维增强BZPh树脂复合材料(QF/BZPh)的弯曲强度均高于600 MPa、层间剪切强度均高于35 MPa。400℃热老化2 h后,复合材料力学强度保留率大于80%;400℃热老化2 h后,质量损失低于4%;QF/BZPh-C的玻璃化转变温度(T_g)为477℃,复合材料具有良好的力学性能和耐热性能。     

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。      

石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料的制备与性能

在对含乙烯基聚硅氮烷（PSN1）树脂基本性能研究的基础上,以石英纤维布为增强材料,利用层压法制备了石英纤维布/含乙烯基聚硅氮烷耐高温透波复合材料（QF/PSN1）,并对其在室温和高温下的力学性能及介电性能进行了测试与表征。研究结果表明:PSN1树脂工艺性能良好,黏度低于1 Pas（60~151℃）,固化温度小于200℃;耐热性能优异,在N₂和空气氛围下,其固化物失重5%时的温度均高于480℃、800℃时的残重均高于76%。QF/PSN1复合材料力学性能优异,弯曲强度和层间剪切强度随温度升高出现先下降后上升的趋势;450℃烘烤10 min后,其弯曲强度仍在120 MPa以上。QF/PSN1复合材料介电性能优异:在1~12 GHz范围内,QF/PSN1复合材料在室温~450℃范围内介电常数（ε）均低于3.2,介电损耗（tanδ）均小于0.01。上述研究结果表明:含乙烯基聚硅氮烷作为耐高温透波材料的新型树脂基体具有重要的应用价值。      

具有绿色降解自修复特性的苯氧树脂及其复合材料的制备

以苯硼酸(PBA)作为苯氧树脂(PO)的固化剂,采用一步法合成了一种含有可逆硼酸酯键(B—O—C)的新型苯氧树脂(POPBA30),并制备了碳纤维增强复合材料(CFRPs)。探讨了POPBA30树脂的固化过程和热性能,以及CFRPs的力学性能、热力学性能、降解性能、自修复性能及耐溶剂性能。利用红外光谱对PO、POPBA30、再生苯氧树脂(R-PO)和再生苯硼酸(R-PBA)进行了结构表征。通过差示扫描量热分析测得POPBA30的T_g高达206℃,热重分析测得POPBA30在空气和氮气气氛中的T_d5分别为411℃和399℃,800℃的质量保留率均高于38%;POPBA30还具有良好的耐化学性,可以在常见的溶剂中稳定存在21 d。以POPBA30为基体制备复合材料(CF/POPBA30),通过万能试验机测得其弯曲强度、层间剪切强度和抗张强度分别为975 MPa,55MPa和734 MPa。CF/POPBA30还具有优异的自修复性能,自修复效率约为85.6%。此外,CF/POPBA30可在室温下99%的乙醇水溶液中发生绿色降解,并实现对碳纤维和苯氧...     

耐高温异构聚酰亚胺树脂及其复合材料

采用改性的单体反应物聚合法(MPMR)合成了一系列低黏度、耐高温异构聚酰亚胺树脂, 研究了树脂预聚物分子质量对树脂的高温流变行为、固化后热氧化稳定性的影响, 并对树脂的分子结构及其复合材料的加工工艺性能、力学性能进行了表征。结果表明: 树脂预浸液常温储存期大于两个月, 亚胺化后PI-2纯树脂最低黏度为154 Pa·s, 固化后树脂质量损失5%的温度大于560 ℃; 石英纤维/PI-2树脂基复合材料在室温和500 ℃的弯曲强度分别为917、197 MPa, 弯曲模量分别为29、22 GPa, 拉伸强度分别为760、341 MPa, 拉伸模量分别为32、31 GPa, 压缩强度分别为570、95 MPa, 层间剪切强度分别为62、10 MPa。      

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。      

耐高温碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料制备及性能

采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系,制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂,研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能;通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料,通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌,评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明:BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求,BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面,粒径分布为30~70 μm,BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(T_g)为367℃,5%热失重温度(T_d5)为452℃;T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa,280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。      

SiO2中空微球改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构与性能

采用SiO₂中空微球对含硅芳炔树脂（PSAC）进行改性,制备了SiO₂/PSAC复合材料,以改善PSAC固化后质脆的缺点,提高PSAC基复合材料的力学性能,拓展PSAC在航空航天领域的应用。对SiO₂/PSAC复合材料和石英纤维布增强SiO₂/PSAC（QF-SiO₂/PSAC）复合材料的结构与性能进行了研究,采用SEM分析SiO₂/PSAC树脂浇铸体和QF-SiO₂/PSAC复合材料断面微观结构,并分析SiO₂的增韧机制。采用DMA和TGA分析了SiO₂/PSAC复合材料耐热性能和热稳定性,虽然SiO₂会导致树脂耐热性能略有下降,但其中空结构使树脂具有优异介电性能。当SiO₂的添加量达2wt%时,SiO₂/PSAC树脂浇铸体弯曲强度达22.3 MPa,失重5%温度为551℃,1 000℃残留率为86.5%;QF-2SiO₂/PSAC复合材料的弯曲强度为298.3 MPa,弯曲模量达31.0 GPa,分别提高了27.5%、59.0%;当SiO₂添加量为5wt%时,QF-5SiO₂/PSAC复合材料的剪切强度提高了16.0%。      

超低温用紫外光快速固化丙烯酸酯树脂体系的制备及性能

在丙烯酸酯体系中加入填料酚酞基聚芳醚酮（PEKC）,通过紫外光（UV）固化交联制备出可快速固化且耐超低温（液氮）的PEKC/丙烯酸酯体系,通过考察PEKC/丙烯酸酯体系的凝胶率及固化收缩率,确定了其在UV固化下的交联程度及固化收缩状况;通过动态热机械分析表征了PEKC/丙烯酸酯体系的线性热膨胀系数（α）,研究了其在温度变化下的尺寸稳定性;测试并比较了PEKC/丙烯酸酯体系在超低温及室温下的剪切强度,表征了其耐超低温性能。结果表明,PEKC与丙烯酸酯质量比为0~4%的PEKC/丙烯酸酯体系可以实现快速固化,固化5 s后树脂的凝胶率可达80%以上。随着PEKC/丙烯酸酯中PEKC质量比从0增加到4%,固化后PEKC/丙烯酸酯体系在-150~50℃温度范围的线性热膨胀系数由6.71×10^-5℃^-1降低至5.29×10^-5℃^-1,体收缩率由25.61%降低至6.24%,线收缩率由1.78%降低至0.41%,而其断裂延伸率逐渐提高,韧性增强。研究发现,PEKC/丙烯酸酯复配体系的室温拉伸强度都在20 MPa以上,PEKC与丙烯酸酯质量比为3%的PEKC/丙烯酸酯体系铝-玻璃搭接在室温和液氮温度下的拉伸剪切强度分别可达17.48 MPa和17.23 MPa。     

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。      

功能化纳米SiO2-聚醚砜/BMI-酚醛环氧树脂复合材料的固化动力学与性能

以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂、双马来酰亚胺（BMI）和酚醛环氧树脂（F51）为基体、聚醚砜（PES）为增韧剂、硅烷偶联剂KH560功能化纳米SiO₂（KH-SiO₂）为改性剂,采用原位聚合法制备了KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料,并通过非等温DSC确定了复合材料的固化工艺及固化反应动力学。根据Kissinger方程和Ozawa方程求得体系的表观活化能分别为96.03 kJ/mol和99.18 kJ/mol。FTIR测试结果表明:KH-SiO₂改性效果良好,不饱和双键和环氧基特征峰消失,BMI中C=C双键和F51中环氧基在DDM作用下参与了体系的固化反应。SEM结果表明:PES树脂和KH-SiO₂含量适当时,PES树脂和KH-SiO₂在树脂基体中分散均匀,断裂纹不规则杂乱发展,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料呈韧性断裂。力学性能测试和热失重测试表明:当PES含量为4wt%,KH-SiO₂含量为1.5wt%时,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为156.23 MPa、4.18 GPa和20.89 kJ/m2,较BMI-F51基体分别提高了49.7%、29.4%和82.8%;KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的热分解温度为393.1℃,残重率为50%时,分解温度高达523.1℃,耐热性十分优异。KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的力学性能和耐热性有了较大提高,为拓展F51及BMI的应用范围提供了一定的理论数据。      

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...