聚酰亚胺齐聚物改性高性能树脂基体的研究

【摘要】： 双马来酰亚胺树脂(BMI)和环氧树脂是高性能树脂基复合材料的主要基体树脂，被广泛应用于航空、航天等高科技领域。然而，BMI树脂和环氧树脂在应用中面临着的严重问题是脆性较大，因此，对BMI树脂和环氧树脂的增韧具有十分重要的理论价值和实际意义，也是先进复合材料树脂基体研究的主要方向之一。 本文对热固性树脂的新的改性方法和BMI树脂的国内外发展现状进行全面的评述，在此基础上，研究了热塑性树脂(TP)改性BMI的新思路即前原位聚合法。选择与BMI结构相似的、分子量较低的齐聚物作为BMI的增韧剂。从TP齐聚物的分子结构入手，研究TP的分子结构，分子量和用量对改性BMI的反应性的影响，TP齐聚物的结构与改性BMI固化物结构与性能的关系研究。得到了以下结果。 在国内首次实施改性BMI树脂前原位聚合的新方法，确立了这种新方法的实施工艺，该工艺简单。与热塑性树脂改性BMI树脂的传统方法相比，合成的PEI改性BMI树脂具有软化点低、熔融粘度小的特点，预计可以显著改善复合材料的制造和加工工艺。这一方法为BMI树脂的改性开辟了新途径。 首次在BMI共聚单体中合成合成出三类9种不同分子结构的PEI齐聚物；其中含有侧基的聚醚酰亚胺齐聚物： 为新合成的品种。较系统的研究了PEI齐聚物的分子结构对增韧效果的的影响。得到了以下结果。 西北工业大学博士学位论文 1．在由醚配和醚胺合成的PEI分子结构中含有较多的醚键，增韧效果最 佳，如 DAEIrkS用MI体系的冲击韧性最高。采用共聚型 PEI齐聚物 和含侧基的PEI齐聚物也能显著提高树脂的韧性。 2．以DAEIa／RS／BMI为例研究PEI齐聚物的分子量对改性BMI性能的影 响，DAEIa分子量在30005000范围内，各体系均有良好的强度、韧性 和耐热性。分子量为3100，改性BMI体系具有突出韧性和耐热性。 以 DAEIa／RSdsMI为例，研究了 PEI齐聚物的用量对改性BMI性能的影响， DAEIa用量在10％一20儿DAEI狐S／BMI固化树脂均具有良好的强度、韧性和耐 热性；当DAEIa用量为15儿 可以得到综合性能最佳的改性体系。 在上述研究的基础上，优选出两种典型的树脂体系，它们是DAEId／RS旧MI 树脂和 DAEIa／RSAsMI树脂。 在研究中发现前原位聚合法得到的改性BMI树脂的抗冲击韧性和耐热性均 高于未改性体系。这一点优于其它BMI改性方法得到的结果。其原因尚待研究 分析。 采用DSC和IR分析，研究了前原位聚合刚性齐聚物改BMI树脂的反应性； 改性BMI树脂固化反应为烯丙基化合物与BMI的共聚反应和－－unHZ与BMI的 加成反应：主反应是烯丙基化合物与＊＊1的共聚反应。 初步对PEI齐聚物改性BMI树脂的聚态结构进行了测定和描述，发现它的 聚态结构不同于热塑性树脂改性BMI，是一种无规共聚的单一网络结构构成准 均相体系。结合树脂的断口形貌对其增韧机理进行了分析，结果表明增韧机理 属于微裂纹——剪切带、微裂纹路径的偏移和微裂纹支化的共同作用机理。 在BMI树脂改性的基础上，首次将原位聚合法用于增韧环氧树脂，选择了 环氧树脂的共聚单体（ECM），首次以 ECM为溶剂就地聚合 DAEla齐聚物， 生成的DAEIa齐聚物均匀的分散在ECM中。用这种含有刚性齐聚物的ECM粉 末与环氧树脂／固化剂熔融。制得了韧性和工艺性较佳的 PEI齐聚物／CME／环氧 树脂体系。