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。      

功能化石墨烯改性双马来酰亚胺复合材料的微观表征及性能

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),分别采用水合肼、壳聚糖、KOH还原得到了还原氧化石墨烯(rGO)并对三种还原方法做了对比,选择最佳方案;再通过离子液体(NH_2IL)对rGO功能化得到改性还原氧化石墨烯(NH_2IL-rGO)。以二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4'-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体,制备了MBMI-BBA-BBE(MBAE)树脂基体;同时以NH_2IL-rGO为增强体采用原位聚合法制备NH_2IL-rGO/MBAE复合材料。表征了石墨烯和复合材料的微观形貌并分析了石墨烯对复合材料性能的影响。结果表明:NH_2IL-rGO在树脂基体中以两相形式存在,结构完整,并赋予复合材料优异的性能。当NH_2ILrGO含量为2%(质量)时,复合材料冲击强度和弯曲强度最大,分别为15.33kJ/m2和142MPa,热分解温度为435.73℃、当测试频率为100 Hz~10 kHz时介电常数发生突变达到84。     

KH-SiO2/PES/BMI-F51复合材料的介电性能

采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)修饰纳米二氧化硅(nano-SiO2)获得改性纳米二氧化硅(KH-SiO2)。以酚醛环氧树脂(F51)和双马来酰亚胺(BMI)作为基体,添加4%(质量分数,下同)聚醚砜(PES)和不同含量(0.5%~2.5%)的KH-SiO2,制备KH-SiO2/PES/BMI-F51多相复合材料。红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和透射电镜结果表明:纳米SiO2表面修饰效果良好,纳米粒子团聚倾向减弱,粒径减小,比表面积增大。介电性能测试结果表明:随着KH-SiO2掺杂量的增加,材料的介电常数先降低后升高,介电损耗没有明显变化,体积电阻率和击穿强度先升高后降低。当KH-SiO2掺杂量为1.5%时,10Hz下介电常数和介电损耗角正切分别为4.55和0.0029,体积电阻率和击穿强度分别为1.74×10^14Ω·m和29.11kV/mm,比树脂基体提高了68.9%和35.9%。     

聚醚醚酮和烯丙基化合物改性双马来酰亚胺复合材料微观结构及力学性能

采用浓H₂SO₄氧化聚醚醚酮（PEEK）得到磺化聚醚醚酮（SPEEK）,以3,3'-二烯丙基双酚A （BBA）、双酚A双烯丙基醚（BBE）为活性稀释剂、SPEEK为改性剂、双马来酰亚胺（BMI）树脂为基体,浇注成型制备SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料,同时研究了SPEEK的改性效果及复合材料微观形貌与力学性能。结果表明：SPEEK改性效果较好,在FTIR中存在明显的磺酸基团特征峰,SEM和能谱分析表明,SPEEK微观形貌变化明显,硫元素含量较高;SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料的微观形貌显示,SPEEK在基体中呈现直径为2 μm左右的多孔状两相结构,且分散均匀,此多孔结构改善了复合材料的断裂形貌,由脆性断裂转变为韧性断裂,当断裂纹遇到SPEEK组分时受阻而出现不规则发散,此变化会赋予复合材料更加优异的性能。力学性能测试结果显示,当SPEEK含量为5wt%时,SPEEK/BBA-BBE-BMI复合材料的弯曲强度和冲击强度达到最佳,分别为147.93 MPa和15.74 kJ/mm²,分别比基体提高了49.47%和66.21%。     

KH-SiO2/PES/MBMI-EP复合材料的制备与性能

为了提高双马来酰亚胺树脂(MBMI)的综合性能,扩大其应用范围,以双酚A型环氧树脂(EP)为改性剂,4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,聚醚砜(PES)为增韧剂,硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米SiO_2作为无机填料,采用原位聚合法制备了KH-SiO_2/PES/MBMI-EP复合材料,并研究了复合材料的微观形貌、力学性能及耐热性能。红外光谱结果显示:改性后的纳米SiO_2在1555cm~(-1)处出现了N-H弯曲振动吸收峰,证明硅烷偶联剂已接枝到SiO_2表面。SEM结果表明:树脂基体加入PES与纳米SiO_2后,形成了一种多相结构,PES与纳米SiO_2可以协同增韧树脂基体,材料由脆性断裂转变为韧性断裂。力学性能测试表明:随着纳米SiO_2含量的增加,其力学性能呈现先上升后下降的趋势,当纳米SiO_2含量为1.5%时,复合材料的冲击强度及弯曲强度分别达到20.79kJ/m~2和157.23MPa,比树脂基体分别提高了102.2%和53.5%。热失重分析表明:纳米SiO_2的加入有利于提高复合材料的热分解温度,当SiO_2含量为1.5%时,复合材料的热分解温度达到411.3℃,比树脂基体提高了15.8℃。     

功能化石墨烯改性双马来酰亚胺复合材料的微观表征及性能

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,分别采用水合肼、壳聚糖、KOH还原得到了还原氧化石墨烯（rGO）并对三种还原方法做了对比,选择最佳方案;再通过离子液体（NH₂IL）对rGO功能化得到改性还原氧化石墨烯（NH₂IL-rGO）。以二烯丙基双酚A （BBA）和双酚A双烯丙基醚（BBE）为活性稀释剂,4,4'-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺（MBMI）为反应单体,制备了MBMI-BBA-BBE （MBAE）树脂基体;同时以NH₂IL-rGO为增强体采用原位聚合法制备NH₂IL-rGO/MBAE复合材料。表征了石墨烯和复合材料的微观形貌并分析了石墨烯对复合材料性能的影响。结果表明：NH₂IL-rGO在树脂基体中以两相形式存在,结构完整,并赋予复合材料优异的性能。当NH₂IL-rGO含量为2%（质量）时,复合材料冲击强度和弯曲强度最大,分别为15.33 kJ/m²和142 MPa,热分解温度为435.73℃、当测试频率为100 Hz～10 kHz时介电常数发生突变达到84。     

蒙脱土/聚醚砜-双马来酰亚胺复合材料微观形貌及性能

采用十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）作为改性剂、通过离子交换法制备了改性蒙脱土（OTAC-MMT）;以4,4'-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺（MBMI）、3,3'-二烯丙基双酚A（BBA）及双酚A双烯丙基醚（BBE）为原料制备了复合材料基体（MBAE）;利用原位聚合法将OTAC-MMT和聚醚砜（PES）掺杂基体中制备OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料。XRD结果分析表明：OTAC-MMT层间距相对于Na-MMT有明显增大。SEM微观形貌显示：OTAC-MMT片层结构更加明显且分散均匀;复合材料的表面更加粗糙,改性蒙脱土分散均匀,PES与基体树脂呈两相结构,出现了向不同方向发展的银纹和微裂纹,呈韧性断裂。当OMMT质量分数为2%、PES为3%时,OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为14.54 kJ·m^-2和149.12 MPa,较MBAE树脂分别提高了55.5%和47.2%。介电性能测试表明：OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料介电常数和损耗略有上升,但仍满足材料的使用要求。     

MWCNTs/PES-MBAE复合材料的微观结构与耐热性

以二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂、以4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)为前驱体制备聚合物基体(MBAE),采用聚醚砜(PES)和酸化MWCNTs为改性剂,通过原位聚合法制备MWCNTs/PES-MBAE复合材料。采用TEM和FT-IR分析酸化MWCNTs的改性效果,利用SEM观察材料的微观形貌及相结构。结果表明:经过混酸处理2 h的MWCNTs,其表面被氧化,保持了较大的长径比,且在基体中分散均匀;FT-IR显示在3 448cm~(-1)和1 635 cm~(-1)处存在特征峰,推断其表面存在-COOH;另外,PES与MBAE间呈现两相结构并以"蜂窝"状均匀分散在聚合物基体中。复合材料的耐热性测试结果显示:PES树脂会使材料的热分解温度降低,但MWCNTs会提高材料的耐热性能。当PES质量分数为2%,MWCNTs质量分数为0.02%时,MWCNTs/PES-MBAE复合材料的热分解温度为453.7℃,较基体树脂提高15.4℃。     

蒙脱土/聚醚砜-双马来酰亚胺复合材料微观形貌及性能

采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)作为改性剂、通过离子交换法制备了改性蒙脱土(OTAC-MMT);以4,4'-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)、3,3'-二烯丙基双酚A(BBA)及双酚A双烯丙基醚(BBE)为原料制备了复合材料基体(MBAE);利用原位聚合法将OTAC-MMT和聚醚砜(PES)掺杂基体中制备OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料。XRD结果分析表明:OTAC-MMT层间距相对于Na-MMT有明显增大。SEM微观形貌显示:OTAC-MMT片层结构更加明显且分散均匀;复合材料的表面更加粗糙,改性蒙脱土分散均匀,PES与基体树脂呈两相结构,出现了向不同方向发展的银纹和微裂纹,呈韧性断裂。当OMMT质量分数为2%、PES为3%时,OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为14.54 kJ·m-2和149.12 MPa,较MBAE树脂分别提高了55.5%和47.2%。介电性能测试表明:OTAC-MMT/PES-MBAE复合材料介电常数和损耗略有上升,但仍满足材料的使用要求。