预浸料用环氧树脂的复配及其耐热性研究

在热熔膜法制备预浸料的前提下,将不同的通用环氧树脂与多官能度环氧树脂复配,找到最佳的耐热树脂体系。采用示差扫描量热法(DSC)、动态热机械分析(DMA)、热变形温度测试及平板拔丝法研究了该树脂体系中潜伏性固化剂双氰胺(DICY)和促进剂苯基二甲脲(UR300)的合适配比。采用DSC和红外光谱法(FTIR)研究了该体系的固化制度。采用DMA、热变形温度及热重分析法(TGA)研究了该体系的耐热性。结果表明,DICY和UR300的最佳用量为树脂总质量分数的7%和1.5%。固化制度为105℃/2 h+130℃/2 h+160℃/2 h。固化物的玻璃化转变温度(Tg)为205.5℃,热变形温度为196.5℃,热失重5%、10%和50%时的温度分别为330.3℃、359.8℃和415.5℃,具有优异的耐热性。     

乙酰丙酮镍催化含硅芳炔树脂的固化反应行为

通过凝胶时间测定、差示扫描量热分析、FT-IR分析研究了乙酰丙酮镍催化含硅芳炔树脂体系的固化反应行为,并计算了反应动力学参数. 结果表明,乙酰丙酮镍对含硅芳炔树脂固化有显著的催化作用,加入0.2%(w)乙酰丙酮镍可较大幅度降低树脂固化反应的活化能和温度,初始固化温度降低约35℃,固化反应活化能为104.2 kJ/mol,比含硅芳炔树脂的固化活化能(121.2 kJ/mol)低;乙酰丙酮镍催化含硅芳炔树脂可发生Glaser偶合、Strauss偶合、环三聚、Diels-Alder和固化反应;树脂固化物保持优异的热稳定性,在氮气气氛下5%失重温度为620℃, 1000℃时残留率为87.8%.     

高耐热聚芳醚酮固化邻苯二甲腈树脂

以4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、4,4’-二氟二苯甲酮和4-氨基苯酚为原料，通过两步一锅法合成了一种新型的氨基封端杂萘联苯聚芳醚酮(A-PPEK)，采用差示扫描量热法(DSC)探究了其对间苯二酚基邻苯二甲腈(DPPH)的固化性能。相比于常用的芳香二胺固化剂4,4’-二氨基二苯砜(DDS),A-PPEK的5%热失重温度(T_d5%)提高了69.3℃。另外，与DDS在400℃时快速升华不同，A-PPEK在相同温度下的质量保留率仍>95%，说明A-PPEK可以有效解决小分子固化剂高温下分解，容易在邻苯二甲腈树脂中形成缺陷的问题。一系列实验表明，以A-PPEK固化DPPH，体系具有优异的耐热性和加工流动性，当A-PPEK含量为DPPH质量的10%时，固化树脂的T_d5%可达553.2℃，玻璃化转变温度高于实验测试范围380℃，最低黏度可达0.167 Pa·s。     

含氰基单环苯并恶嗪的合成方法研究

分别使用熔融法、溶液法和三步法制备了间氨基苯甲腈/苯酚型苯并恶嗪单体,采用1H-NMR、IR、GPC和DSC比较了3种产物结构与固化行为的差异,使用TGA和DMA研究了3种聚苯并恶嗪的热稳定性和动态热机械性能。结果表明,通过三步法得到的单体的纯度最高,其聚合物的热稳定性能及动态热机械性能最为优异,5%失重温度为320℃,800℃氮气下的残炭率达到58%,玻璃化转变温度为199℃。     

含硅芳炔树脂合成工艺优化

以二乙炔基苯和二甲基二氯硅烷为原料,2-甲基四氢呋喃为溶剂,合成了含硅芳炔树脂。采用核磁共振波谱、红外光谱、凝胶色谱、热失重分析和示差扫描量热分析研究了反应条件对树脂产率的影响,确定了最佳反应条件,并对树脂的结构和性能进行了表征。结果表明,2-甲基四氢呋喃与镁粉物质的量比为3∶1,反应温度85℃,反应时间1.5 h时合成树脂的产率达到93.8%。该树脂可在170℃固化,加工性能良好。树脂固化物具有优异的热稳定性,N_2气氛下5%热分解温度达到619℃,800℃下树脂残留率为91%左右。     

PCB绝缘层感光树脂的固化工艺

采用差示扫描量热分析法,研究了印制电路板(PCB)绝缘层树脂——感光改性环氧树脂预固化体系中固化剂2123型酚醛树脂和固化促进剂咪唑的合适配比。利用硅烷偶联剂对纳米SiO_2进行表面处理制得亲油性纳米SiO_2,将其掺入到感光改性树脂固化体系中以提高体系的热稳定性能。采用正交实验和单因素实验方法,研究了亲油性纳米SiO_2用量、固化最高温度、最高温度固化时间3个因素对该树脂体系固化产物在200℃的热降解量的影响。结果表明,感光改性环氧树脂/2123型酚醛树脂/咪唑最佳质量比为100/5/1.5,此时的固化反应最为完全;在掺杂纳米SiO_2的感光改性树脂的最佳固化工艺条件下,即当亲油性纳米SiO_2质量分数为5%,固化最高温度为120℃,最高温度固化时间为2 h时,固化产物的200℃热降解量为0.94%。     

烯丙基苯并恶嗪改性BT树脂的研究

采用熔融缩聚法合成了烯丙基苯并恶嗪(Boz-allyl),并利用傅立叶变换红外光谱,磁共振氢谱对其表征。用动态扫描量热与热重分析研究了其固化过程及热性能,随后用其对双马来酰亚胺–三嗪树脂(BT树脂)改性,并分析了改性树脂的力学性能。结果表明,Boz-allyl存在两种固化机理,固化物5%和10%热失重温度分别为325,385℃,在800℃时质量保持率仍可达34%,说明其具有优良的热稳定性和耐烧蚀性,用其改性后BT树脂韧性明显提高,当Boz-allyl质量分数为8%时冲击和弯曲强度达到最大值,分别为11.32 kJ/m2和127.11 MPa。     

二元胺型苯并噁嗪/双马来酰亚胺共混树脂及其玻璃布增强的层压板

苯并噁嗪(BZ)和双马来酰亚胺(BMI)按照不同的配比进行共混固化。用FTIR、DSC、凝胶化时间、DMA、TGA、万能电子拉力机分别研究了BZ/BMI共混体系的固化行为以及BZ/BMI固化树脂的热性能和剪切强度等。结果表明BZ和BMI除了发生均聚反应,还发生苯并噁嗪开环生成的酚羟基和双马来酰亚胺的双键生成醚键的反应。BZ和BMI共混后,固化温度比各自的固化温度都低。BMI的加入提高了共混树脂的热性能,BZ/BMI固化树脂的T_g达289℃,T_d5达387℃,T_d10达422℃,800℃的残炭率达55.3%。另外,BMI的加入提高了BZ/BMI固化树脂的剪切强度,当BMI的含量为60％时,BZ/BMI固化树脂的剪切强度为12.44 MPa。进一步,制备了玻璃布增强的BZ/BMI层压板,并对其力学性能和断面形貌进行了研究。结果表明,当BMI用量为40%时,BZ/BMI层压板的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别达394 MPa、490 MPa、160 kJ·m^-2。     

含硅氢基团甲基芳炔树脂的合成及表征

以二氯甲基硅烷和间二乙炔基苯为原料,通过格氏反应合成了不同分子量的含硅氢基团甲基芳炔树脂(PSA-H),并分析确定了合成产物的结构. 树脂的热固化行为和固化树脂的热稳定性分析表明,PSA-H树脂具有良好的加工性能,可在较低的温度下(低于200℃)发生交联反应. 其固化物有较低的介电常数(2.57 F/m)、较低的介电损耗(tand 0.001)和优异的热稳定性,在N2气氛下5%失重温度Td5为675~703℃, 1000℃的残留率为90.9%~91.4%. PSA-H树脂固化物在氩气中1450℃下烧结可形成含b-SiC陶瓷.     

双酚A二烯丙基醚/双马来酰亚胺树脂固化动力学研究

以BBE(双酚A二烯丙基醚)作为BDM(4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺)树脂的改性剂,采用旋转黏度计和非等温DSC(差示扫描量热)法分别研究了BBE/BDM树脂体系在不同温度时的黏度和固化反应动力学过程。研究结果表明:该树脂体系在90~215℃范围内具有较低的黏度(低于1 000 mPa·s),完全满足RTM(树脂传递模塑)的工艺要求;该树脂体系的凝胶温度为210.7℃、固化温度为254.7℃和后处理温度为287.7℃,其固化体系的表观活化能为209.79 kJ/mol、频率因子为3.23×1018s-1和反应级数为0.955(近似1级反应)。     

降冰片烯酰亚胺型双苯并嗪的合成及性能

首先用降冰片烯二酸酐、对氨基苯酚为原料合成降冰片烯酰亚胺（NI）,然后用合成的NI、4,4-二氨基二苯醚（ODA）和多聚甲醛为原料进行Mannich反应合成出降冰片烯酰亚胺型双苯并嗪（NI-BOZ）,经高温固化后形成热固性树脂。用FTIR、¹H NMR、¹³C NMR分析了NI和NI-BOZ的化学结构,证实了所得的目标产物;用DSC对NI-BOZ的固化动力学进行研究;用DMA和TGA分析了NI-BOZ的固化物的热性能。结果表明：NI-BOZ的固化反应活化能为86.27 kJ·mol^-1,反应级数为0.91;poly（NI-BOZ）树脂空气条件下的玻璃化转变温度为215℃,氮气条件下失重5%的温度为445℃,失重10%的温度为467℃,在800℃的残碳率为63%。     

香草醇基环氧树脂的合成、固化动力学及性能

以可再生香草醇为原料,合成了一种生物基环氧树脂（DGEVA）。通过使用甲基六氢苯酐（MeHHPA）作为固化剂,制备了一种新型的生物基环氧树脂交联网络（DGEVA/MeHHPA）。对其非等温固化动力学、热性能、热机械性能、机械性能和微观形貌结构进行了系统的研究,并用商用的石油基双酚A型环氧树脂组成的石油基环氧树脂体系（DGEBA/MeHHPA）进行对比。结果表明：DGEVA/MeHHPA和DGEBA/MeHHPA具有相似的固化反应活性。DGEVA/MeHHPA具有可以与DGEBA/MeHHPA相媲美的综合性能：玻璃化转变温度为82.2℃;拉伸强度和拉伸模量分别是 (66.7±6)MPa和 (2.8±0.1)GPa;T_d5%、T_d10%和T_dmax分别是242.4℃、284.9℃和392.4℃。此外,DGEVA/MeHHPA在形变过程中发生了塑性变形而吸收了更多的断裂能。DGEVA刚性骨架和低分子量带来的潜在高交联密度赋予了DGEVA优异性能,具有在实际应用中替代石油基环氧树脂的应用潜力。     

锌粉催化合成含硅芳炔树脂

以二乙炔基苯和二甲基二氯硅烷为原料,通过锌粉催化合成含硅芳炔树脂,确定了合成产物的结构. 结果表明,以乙腈为溶剂、锌粉过量200%、温度80℃、反应时间10 h为最佳反应条件,反应收率达82%以上;所制含硅芳炔树脂有良好的加工性能,在约170℃可发生交联固化反应;树脂的热稳定性良好,在N2气氛下失重5%时的温度为529℃,800℃时树脂残留率约为85%.     

邻苯二甲腈醚化酚醛树脂的制备与性能

以碱为催化剂,通过酚醛树脂与4-硝基邻苯二甲腈之间的亲核取代反应,制备了邻苯二甲腈醚化酚醛树脂(BPN)并采用红外光谱,GPC,流变仪,DSC及TGA对其性能进行了研究。结果表明,BPN树脂加工窗口约为65℃,最小粘度约为300 mPa.s,具有优良的加工性能。BPN固化温度为175～350℃,固化反应峰值温度为290℃,说明该树脂通过酚羟基对邻苯二甲腈基团的催化热聚合反应,实现了含氰基树脂的单组分、较低温度的加成固化。BPN树脂在温和的后固化条件下(250℃/6 h)即可获得优良的热稳定性,其5%失重温度约为420℃,氮气氛围900℃残炭率约为72%。     

环氧树脂含量对氰酸酯热学性能的影响研究

采用示差扫描量热法(DSC)和热失重分析法(TGA)研究了环氧树脂含量对氰酸酯树脂固化反应特性、热稳定性以及热膨胀系数的影响。结果表明,环氧树脂的加入可有效降低改性体系的固化反应活化能,同时体系的热稳定性和尺寸稳定性有不同程度的削弱。当环氧树脂质量分数达到20%时,改性体系的表观活化能为65.4 kJ/mol,耐热温度指数为174℃,较纯氰酸酯树脂分别降低了25.8%和21.4%。当环氧树脂质量分数达到50%时,改性体系的热膨胀系数为65.3 922×10-6/℃(25～150℃),较纯氰酸酯树脂提高了8.13%。     

烯丙基酚醛改性双马来酰亚胺树脂的制备与性能

合成并表征了烯丙基酚醛树脂,再将其与双马来酰亚胺共聚制备了烯丙基酚醛改性双马树脂。通过DSC和FTIR分析了该树脂的固化行为,研究了其工艺性,利用TGA和DMA评价了其固化物的耐热性。结果表明,烯丙基酚醛树脂改性双马树脂可用于RTM等成型工艺,其固化物Tg约为330℃,初始热分解温度约400℃,5%失重温度达410℃,10%失重温度423℃。该树脂耐热性优异,可用作耐高温先进复合材料的基体树脂。     

新型含硼苯并噁嗪的合成及其与环氧树脂共混热性能

以乙醇胺、硼酸为原料合成硼酸乙醇胺酯（BAE）,再用所得硼酸乙醇胺酯与多聚甲醛、苯酚反应,合成含硼苯并噁嗪（BAE-BOZ）。将所得BAE-BOZ高温固化,BAE-BOZ和环氧树脂E-51按照不同的质量比进行熔融共混,并经高温固化。采用FT-IR,¹H NMR 和¹³C NMR等分析了BAE-BOZ的化学结构,证明了产物为目标产物;采用DSC对BAE-BOZ的固化特性进行研究;采用TG 分析了含硼乙醇胺型苯并噁嗪poly（BAE-BOZ）和BAE-BOZ/E-51共聚物的热稳定性。结果表明：BAE-BOZ在218℃出现了固化峰;BAE-BOZ的硼含量达到8.67%,在N₂条件下,poly（BAE-BOZ）的热分解温度为302℃,在426℃时热分解速率最快,800℃的残炭率为58.08%,与未经硼改性的乙醇胺型苯并噁嗪（E-BOZ）相比,热分解温度提高40℃,残炭率提高了16.28%;BAE-BOZ/E-51共聚物的热分解温度达到343℃,热性能得到进一步提高。     

含双马来酰亚胺的新型双苯并噁嗪的合成及性能

首先用马来酸酐、对氨基苯酚为原料合成N-对羟基苯基马来酰亚胺(HPM),然后用合成的HPM、4,4-二氨基二苯醚(ODA)和多聚甲醛为原料进行曼尼希反应合成出含双马来酰亚胺的苯并噁嗪(HPM-BOZ),经高温固化后形成热固性树脂。用FTIR、¹H NMR、¹³C NMR分析了HPM和HPM-BOZ的化学结构,证实了所得的为目标产物;用DSC对HPM-BOZ的固化特性进行研究,用TGA分析了HPM-BOZ的固化物的热稳定性;用SEM分析了树脂的断裂面。结果表明:HPM-BOZ在235℃和266℃出现了两个固化峰;在氮气条件下,热分解温度为410℃,失重5%的温度为438℃,在800℃的残碳率为60.2%。