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【6h】

N-羟基苯基马来酰亚胺固化双酚A酚醛环氧树脂动力学研究

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 耐热环氧树脂的开发

1.2 含酰亚胺结构环氧树脂及固化剂

1.2.1 含酰亚胺结构环氧树脂的合成

1.2.2 含酰亚胺结构环氧树脂固化剂

1.3 课题的目的及意义

第2章 N-羟基苯基马来酰亚胺的合成及其与双酚A酚醛环氧树脂的固化反应

2.1 试剂及仪器

2.1.1 实验用试剂

2.1.2 实验用仪器

2.2 N-羟基苯基马来酰亚胺(HPM)的合成

2.2.1 N-对羟基苯基马来酰胺酸的合成

2.2.2 N-对羟基苯基马来酰亚胺的合成

2.3 HPM与双酚A酚醛环氧树脂的固化反应

2.4 表征与测试

2.4.1 核磁共振分析(1H NMR)

2.4.2 红外光谱分析(FTIR)

2.4.3 固化物热重分析

2.5 结果与讨论

2.5.1 HPM的合成

2.5.2 HPM与双酚A酚醛环氧树脂的固化反应

第3章 HPM与双酚A酚醛环氧树脂的固化反应动力学

3.1 试剂及仪器

3.2 固化反应动力学研究方法

3.3 非等温固化反应动力学研究

3.3.1 固化反应活化能的计算

3.3.2 固化反应机理的确定

3.3.3 固化动力学方程的模拟

3.3.4 HPM/双酚A酚醛环氧树脂体系固化反应的Avrami分析

3.4 等温固化反应动力学研究

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

致谢

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摘要

随着电子和航空工业领域的高速发展,对材料性能的需求不断增加。环氧树脂由于其优良的性能,广泛应用于电子封装、印刷电路板及胶粘剂等领域。在环氧树脂体系中,固化剂具有不可替代的重要性,开发新结构的固化剂,提高复合材料综合性能,备受人们的广泛关注。
   本论文中,设计合成了含羟基结构的马来酰亚胺单体N-对羟基苯基马来酰亚胺,并将其用做双酚A酚醛环氧树脂的固化剂,对固化反应动力学及固化产物的性能进行了研究。工作主要有:
   (1)以马来酸酐与对氨基苯酚为原料,采用两步法合成了N-羟基苯基马来酰亚胺化合物(HPM),并将其用于双酚A酚醛环氧树脂的固化剂,得到了HPM/双酚A酚醛环氧树脂体系的适宜固化工艺条件。对固化产物的热重分析结果表明,固化物失重5%时的热失重温度为392℃;10%时的热失重温度是421℃;800℃时残碳率为59.3%,显示出优良的耐热性能。
   (2)在不同升温速率下研究了HPM/双酚A酚醛环氧树脂体系的非等温固化反应动力学。利用Kissinger法和Ozawa法计算出固化体系活化能分别为78.0kJ/mol和85.3 kJ/mol。Flynn-Wall-Ozawa方法研究结果表明,随着固化度的增加,固化反应活化能逐渐降低。分别采用Friedman方法和Malek最大概然函数法确定了固化反应机理为自催化反应机理,固化反应过程的理论模拟曲线和试验曲线吻合良好。
   (3)在不同的固化温度下进行了HPM/双酚A酚醛环氧树脂体系的等温固化反应动力学研究。在设定的固化温度下,反应速率很快达到最大值,然后随着时间的延长而逐渐降低,并且随着设定的固化温度的提高,达到最大值的时间缩短。进一步表明HPM/双酚A酚醛环氧树脂体系固化反应的机理为自催化机理,并确定了Kamal方程中的非自催化速率常数、自催化速率常数以及反应级数等参数。

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