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新型含酞侧基双马来酰亚胺及其改性树脂体系的研究

熊需海  
【摘要】:双马来酰亚胺树脂(BMI)是一类高性能热固性树脂,具有良好的加工性能、耐热性能、介电性能和机械性能。但是普通的双马来酰亚胺溶解性差、熔点高以及固化物交联密度高、性脆等缺点严重影响其在高技术领域的应用。为了克服上述缺点,本论文采用分子设计的方法在BMI分子结构中引入酚酞骨架和柔性连接链,以期在不损失耐热性能的前提下改善树脂的加工性能和固化物的冲击韧性。 本论文设计、合成了三种含酞侧基链延长型双马来酰亚胺单体,并筛选出性能优异的新型单体分别与o,o'-二烯丙基双酚A(DABPA)、二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)、环氧树脂(E-51)等进行共聚改性,以期制备出综合性能优良的树脂体系。 首先以酚酞、邻甲酚酞、百里酚酞为起始原料经过四步反应合成了含酚酞结构链延长型BMI (PPBMI)、含邻甲酚酞结构链延长型BMI (MPBMI)、含百里酚酞结构链延长型BMI (IPBMI)等三种新型BMI单体;采用FTIR、NMR、元素分析等手段对中间体及目标化合物的化学结构进行了表征和分析;溶解性测试表明三种单体具有良好的溶解性能;采用DSC研究了单体的固化行为,结果显示三种单体都具有较宽的熔融加工窗口,并且甲基取代基的存在不影响BMI的固化行为而异丙基取代基的存在则显著降低BMI双键的反应活性;用DMA和TGA研究了三种BMI固化物的热性能,研究表明随烷基取代基体积的增加固化物的耐热性和热稳定性降低;固化物的吸水率测试表明单体的结构对固化物的吸湿行为有显著的影响。在上述性能研究的同时探讨了BMI结构与性能间的关系。 将PPBMI与DABPA预聚,制备了PPBMI/DABPA共聚树脂体系。用DSC研究了共聚体系的固化动力学并确定了固化工艺;FTIR研究了树脂体系在200℃以下的固化机理。采用DMA、TGA、力学性能以及吸水率测试研究PPBMI与DABPA摩尔配比的改变对固化物性能的影响。研究表明,随PPBMI摩尔含量的增加,固化物的储能模量、玻璃化转变温度、热稳定性和高温残碳率均有相应的提高,固化物的吸水速率和平衡吸水量则随之降低。 将PPBMI加入到MBMI/DABPA中制备了PPBMI/MBMI/DABPA共聚体系。在设定马来酰亚胺基团和烯丙基基团的摩尔配比为0.87的条件下,研究了PPBMI与MBMI摩尔配比对树脂体系各种性能的影响。研究表明,随PPBMI摩尔含量的增加,改性体系固化物的橡胶态储能模量和玻璃化转变温度逐渐减低;而热稳定性和抗吸湿性能则有一定程度的提高;弯曲强度和冲击强度先小幅上升而后逐步下降,弯曲模量则是逐步提高。断裂形貌显示高PPBMI含量体系的固化物中存在气泡等缺陷。 用PPBMI、E-51、4,4'-二氨基二苯砜(DDS)制备PPBMI/DDS/E-51共固化树脂体系,根据树脂体系主体的不同又细分为E-51改性PPBMI/DDS体系和PPBMI改性E-51/DDS体系。采用DSC和FTIR分析了树脂体系的固化机理,研究表明E-51改性PPBMI/DDS体系的固化机理随体系组成的改变而不同;PPBMI改性E-51/DDS体系固化过程中主要发生了环氧的固化反应和PPBMI双键与DDS的加成反应。用DMA、TGA、力学性能和吸水率测试等方法研究两类改性树脂体系固化物的各种性能。结果表明,E.51改性PPBMI/DDS体系的耐热性、热稳定性和抗吸湿性能随着E-51含量增加而降低,但是冲击强度有显著改善。PPBMI改性E-51/DDS体系的耐热性随PPBMI含量增加而降低,但是热稳定性、弯曲强度和模量、抗吸湿性能有所提高;另外,冲击强度先升高后降低,其中5%PPBMI改性体系的冲击强度最大。


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