酚羟基聚酰亚胺改性环氧树脂及其固化动力学研究

【摘要】： 环氧树脂是结构粘合剂中的主要品种,它的性能优异,如:粘附性能好、电绝缘性能好、掺和性能好等。然而由于它本身的延伸率低、脆性大、粘接件不耐疲劳,不宜在结构部位使用,环氧树脂固化物的脆性大大限制了其应用。聚酰亚胺(PI)尤其是芳香族聚酰亚胺具有优良的耐磨性、耐热性、耐辐射性和较高的尺寸稳定性等优点。用聚酰亚胺对环氧树脂进行改性可以综合两者的优点,得到具有良好机械性能和粘结强度的耐高温粘合剂。含酚羟基聚酰亚胺具有较高的玻璃化转变温度及优良的耐热性能,且由于酚羟基的存在,可与环氧基反应形成共价键,从而提高两者的相容性,达到良好的增韧效果。 本文工作主要分为五部分:一、含酚羟基聚酰亚胺单体的制备。二、含酚羟基聚酰亚胺薄膜的制备及性能测试。三、含酚羟基聚酰亚胺粉末的制备及性能测试。四、酚羟基聚酰亚胺改性环氧树脂体系胶粘剂的制备及性能测试。五、胶粘剂的固化动力学研究。 本文制备了芳香二胺3,3'-二氨基-4,4'-二羟基联苯(DADHBP)单体,其熔点为335.2℃。用该单体,2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPOPP)及3,3',4,4'-四羧基二苯醚二酐(ODPA)在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中反应制得一系列聚酰亚胺薄膜,并对聚酰亚胺薄膜进行了DSC、TGA、傅立叶红外、紫外可见光、接触角、吸水率、机械性能的测试。结果发现单体摩尔配比(DADHBP:BAPOPP:ODPA)为1:3:4时,得到的聚酰亚胺有较好的综合性能。用3,3'-二氨基-4,4'-二羟基联苯(DADHBP),2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPOPP),4,4'-二氨基二苯醚(ODA)和3,3',4,4'-四羧酸二苯醚二酐(ODPA),3,3',4,4'-四羧酸二苯甲酮二酐(BTDA)进行缩聚反应得到聚酰亚胺粉末,然后对聚酰亚胺进行DSC、TGA、傅立叶红外的测试。以该聚酰亚胺与TGDDM环氧树脂和ES216型环氧树脂混合制备粘合剂,并对其进行了拉伸剪切强度、凝胶化时间,吸水率,热失重等性能测试,研究结果表明,ES216型环氧树脂的耐热性较好,失重5%时的温度达到387℃,其拉伸剪切强度达到13.6MPa。对该胶粘剂的固化反应动力学研究,采用非等温差示扫描量热法对该体系的固化过程进行了跟踪,并利用Kissinger、Crane和Arrhenius方程对该固化反应进行了动力学分析。求得了体系的固化动力学参数。结果表明:体系的表观活化能为69.97kJ/mol,反应级数为0.902。