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含有苯并咪唑基团的热固性聚酰亚胺的增韧改性研究

孙醒吾  
【摘要】:随着航空航天事业的蓬勃发展,人们寄希望于更具优异性能的材料会给飞行器带来革命性的进步。从金属材料到无机非金属材料再到高性能树脂材料,材料领域的每一次进步都带给制造业翻天覆地的变革。对于在二十世纪八十年代兴起的高性能复合材料,虽然发展时间很短,但其应用领域也初具规模,从航空航天、电子电气、机车汽车、精密机械到自动办公机械等众多工业领域。 聚酰亚胺因其耐热性、耐腐蚀热氧化性、优异的力学性能成为高性能树脂研究中最活跃的领域之一。一般可分为热塑性树脂热固性树脂:热塑性树脂力学性能优异、但加工性较差;热固性树脂耐热性好、易加工,但其固化后韧性较差。所以在高温环境下,用热固性树脂作为承力材料时,要对其进行增韧改性。 聚苯并咪唑是主链重复单元含有苯并咪唑结构的一类高性能聚合物,通常是指聚(2,2’‐间苯基‐5,5’‐二苯并咪唑)(PBI),由于其体系内刚性结构含量很高,所以在其实际应用过程中加工是其难以逾越的屏障。 为了将苯并咪唑基团引入热固性聚酰亚胺树脂之中,并且解决加工性问题,本论文采用2‐(4‐氨基苯基)‐5‐氨基苯并咪唑(DAPBI)作为二胺单体,用4‐苯乙炔基苯酐(PEPA)作为封端剂,按摩尔比1:2反应生成预聚体。之后对其进行热学、力学性能评价,虽然其耐热性较高(Tg530℃)但韧性不足。 在改性热固性树脂这个研究领域中,通用的方法都是共混一种热塑性树脂,这种方法不能回避的问题就是在温度提高,同时加载应力时的分相(即两相相互不融合)导致共混物性能大幅下降。本论文选择同样为热固性聚酰亚胺作为改性树脂,其中二元酸酐和二元胺分别为:均苯四酸二酐(PMDA)和4,4'‐双(3‐氨基苯氧基)二苯甲酮(APBP),仍用PEPA作为封端剂。希望其能通过相同的端基在交联反应过程中参与形成互传网络结构,而改性组分本身的空间位阻不大,对于反应效率不会有很大的影响。 在增韧改性的研究中,有两个影响因素:一是改性树脂的聚合度;二是共混物中改性组分的含量。所以,本论文合成了三种不同聚合度的改性树脂,聚合度分别为五、十、十五。之后确定改性树脂组分后,在按质量比从5%到50%,以五为梯度添加到热固性树脂之中。对共混物进行DSC、TGA、DMA、拉伸、流变等测试,综合评价其性能的优劣,选择其中综合性能最为优异的。 用原子显微镜对共混物微观形貌进行表征,结合DMA测试中各曲线的变化趋势,探究共混物在分相时其微观形貌的变化,架起宏观性质和微观形貌之间的桥梁。


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