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《苏州大学》 2018年
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高韧性、高转变温度形状记忆双马来酰亚胺树脂的研究

陈帮辉  
【摘要】:形状记忆聚合物(SMPs)是智能材料中非常重要的一员,其所具有的主动变形的特性使之作为智能主动变形结构(如空间自展开结构)具有大的应用前景。但自展开结构通常处于复杂的温度环境(最高可达120oC以上)以及需在承力的环境中工作,因此,相关SMP应具有优良的机械性能(高的形变能力、韧性和强度)和突出的耐热性。此外,当今环保和节能的发展理念要求材料具有良好的制备工艺性(低成型温度和无溶剂)。然而,遗憾地发现,开发出兼具良好的机械性能、优异的耐热性(玻璃化转变温度270oC,初始热分解温度400oC)和良好的工艺性(成型温度≤240oC和无溶剂)的SMP仍然是一个巨大的挑战。本文从新型高性能SMP的结构构建出发,制备了系列热固性SMP(TS-SMP),研究了其结构与性能之间的规律,本文研究内容包括以下两个方面。首先,以双马来酰亚胺树脂(BD)为基本树脂,利用酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)和马来酰亚胺基封端的超支化聚硅氧烷(HSi)调节其网络结构,制备了一类新型TS-SMP(BDPH),系统研究了组成对固化树脂结构和关键性能(耐热性,机械性能和形状记忆效应)的影响及其机理。研究结果表明,BDPH体系具有优异的综合性能。最优组分树脂(BDPH10)的转变温度(Ttrans)高达292oC,比迄今文献报道的TS-SMP高约30oC;同时,BDPH10的最高固化温度比文献报道的Ttrans高于270oC的TS-SMP的最高固化温度低了约40oC。BDPH10的形状固定率和形状回复率分别为97.5%和98.7%;此外,BDPH10具有优异的机械性能,其冲击强度和弯曲强度分别为21.8k J m-2和153.47MPa,是BD树脂的2倍和1.8倍,克服了传统TS-SMP存在的脆性大的缺点。BDPH这些突出的综合性能归因于PEK-C和HSi的共同影响。其次,为了进一步提高BD树脂的形变能力,将N,N′-二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)与1,6-己二硫醇进行“点击”化学反应,合成了具有刚性-柔性结构的马来酰亚胺基封端的线性低聚物(PSM)。然后,PSM、BDM与烯丙基双酚A(DBA)通过共聚合,获得了具有自增韧网络结构的新型热固性形状记忆树脂(BHD)。系统研究了组成比例对树脂的固化行为及其综合性能的影响。研究结果表明,BHD体系的初始分解温度高于370oC且其Ttrans达到了131-171oC,同时,BHD体系在室温下的拉伸强度高于47.3MPa,在编程温度下的断裂伸长率达到了42.9%,该断裂伸长率是玻璃化转变温度在120oC以上的TS-SMP的2倍以上。最优组分(6BHD)的冲击强度为34.7k J m-2,同时其形状固定率和形状回复率分别达97.4%和97.0%,证明所制备的材料有优异的综合性能,即兼具了高应变、高Ttrans、高机械性能和优异的形状记忆性能,使得其在自展开结构等领域具有潜在的应用。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ323.7

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