高性能双马来酰亚胺RTM树脂的研究

【摘要】：双马来酰亚胺树脂(BMI)以其优异的机械性能和耐高温性能被称为高性能树脂基体,然而该树脂交联密度高、脆性大,改性后才能得以应用。树脂传递模塑(RTM)工艺被称为低成本、无污染制造工艺,若将BMI树脂用于RTM工艺将面临树脂增韧和降低树脂粘度两大问题。如何兼顾树脂的韧性和低粘度特性,是制备高性能RTM用BMI树脂的关键。目前关于RTM树脂的增韧研究未见报道。 本文将前原位聚合法用于RTM用BMI树脂的增韧,选用与BMI分子结构相似、有一定柔韧性的刚性体聚醚酰亚胺(PEI)作为RTM用BMI树脂的增韧剂,研究PEI和稀释剂用量对树脂体系综合性能的影响,优化各组分配比,得到综合性能优异的PEI增韧RTM用BMI树脂体系,并对该树脂体系的化学流变行为进行探讨。 研究结果表明,优化后的树脂在110℃下,保持粘度低于500mPa·s的时间为486min,该树脂体系低温稳定性好,高温固化效率高。树脂RTM工艺操作温度范围为100℃～165℃,符合RTM工艺对基体树脂粘度的要求。在整个工艺温度范围内,建立了粘度模型,该模型与实验数据吻合良好,可有效地预测树脂的粘度特性,为RTM工艺成型窗口预报提供理论依据。树脂体系的冲击强度为18.64 kJ/m2,拉伸强度为66.09 MPa,断裂伸长率为2.50%,与未增韧体系相比分别提高了175.33%,13.59%和273.13%；树脂的弯曲强度为138.53 MPa,弯曲模量为4253.05 MPa,玻璃化温度为285.64。C 为进一步提高RTM用BMI树脂的韧性,制备高性能RTM用BMI树脂体系,本文采用顺丁烯二酸酐和双酚A型二醚胺合成液晶BMI单体,采用傅里叶红外光谱、差示扫描量热和热台偏光显微镜法证明了液晶BMI单体结构和液晶行为。将液晶BMI引入PEI增韧RTM用BMI树脂体系中,研究双重增韧RTM用BMI树脂体系的综合性能。结果表明,该树脂在110℃下保持粘度低于500 mPa·s的时间为178min,树脂的冲击强度为25.47 kJ/m2,弯曲强度为169.78MPa,拉伸强度为74.19 MPa,断裂伸长率为2.76%,分别比未增韧体系提高了276.22%,23.03%,27.52%和311.94%；弯曲模量为4385.98MPa,玻璃化温度为276.66℃。扫描电镜分析进一步证明了液晶BMI单体和PEI均为成纤维物质,在体系中可有效地起到诱导微裂纹扩展、引起裂纹偏移和终止裂纹进一步扩展的作用,具有显著的增韧效果。双重增韧RTM用BMI树脂体系兼具低粘度和高性能特点,该树脂体系为高性能RTM基体树脂。