耐湿热环氧树脂基体的制备与性能研究

【摘要】： 含芴基结构环氧树脂是一类二官能度的固体环氧树脂,由于引入刚性芴基,固化树脂具有高强、耐热、耐湿等优点,可作为纤维增强复合材料和电子封装材料的基体树脂。 本论文合成了两种含芴结构环氧树脂,9,9-双(4-羟基苯基)芴二缩水甘油醚(DGEBF)和9,9-双(3-甲基-4-羟基苯基)芴二缩水甘油醚(DGEMBF),及两种芴基二胺类固化剂,9,9-双(4-氨基苯基)芴(BPF)和9,9-双(3-甲基-4-氨基苯基)芴(BMAPF),优化了合成反应条件,各产物分子结构均经傅立叶红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(NMR)和质谱(MS)确证。采用相转移催化法可高效合成芴基环氧树脂,环氧值最高可达理论值的95%左右;芴酮与芳香胺经亲核取代反应可用于制备芴基二胺类固化剂,优化工艺条件下,BPF与BMAPF的平均收率分别可达59.4%、69.2%,质量分数均可达99.4%。 选用通用双酚A环氧树脂(E-44)和脂环族环氧树脂(TDE-85)对芴基环氧树脂进行共混改性,采用芳香胺类为固化剂,制备共混树脂体系。通过差示扫描量热分析(DSC)监测了各树脂体系的固化行为,并外推各体系的固化温度,结合凝胶曲线确定固化工艺。DSC结果表明,主链芴基及侧链甲基的引入使得树脂体系的反应活性下降,外推固化温度向高温段移动。 对各树脂体系的剪切强度研究表明,DGEBF高温力学性能良好,但脆性大,通过向侧基引入甲基使得DGEBMF的室温力学性能得到改善;芴基二胺固化树脂高温力学性能优于通用芳香胺固化树脂;环氧树脂/固化剂的配比对树脂体系的性能亦有一定影响。 通过动态热机械分析(DMTA)及热重分析(TG)进一步考察了共混树脂体系的热性能。结果表明,含芴结构环氧树脂的玻璃化转变温度及弹性模量普遍高于纯E-44及TDE-85环氧树脂,玻璃化转变温度一般随着芴基环氧树脂添加量的增加而相应提高,热失重实验具有相同的规律。当使用BPF为固化剂时,共混树脂体系的玻璃化转变温度最高可达260℃。对于芴基二胺固化剂,侧基甲基的引入会导致固化树脂的弹性模量、玻璃化转变温度及热分解温度的下降。 吸水率实验表明,芴基二胺的耐水性优于DDS及DDM,除TDE-85树脂外,各芴基二胺固化体系的平衡吸水率均低于2.3%。通过共混芴基环氧树脂,可达到降低共混树脂吸水率的目的。憎水芴基及柔性甲基的引入均有利于降低固化树脂的吸水性。