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【6h】

含芴基Cardo环结构新型双马来酰亚胺及其改性树脂体系的研究

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摘要

图目录

表目录

主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 新型BMI单体研究进展

1.2.1 链延长型BMI单体

1.2.2 稠环型BMI单体

1.2.3 元素型BMI单体

1.2.4 1,3,4-噁二唑型BMI单体

1.2.5 环氧型BMI单体

1.2.6 其他类型BMI单体

1.3 含芴基Cardo环结构聚合物研究进展

1.3.1 聚酰亚胺

1.3.2 聚苯并噁嗪

1.3.3 聚喹啉

1.3.4 聚碳酸酯

1.3.5 聚酯和聚醚

1.3.6 环氧树脂

1.4 本文主要研究思路

2 实验部分

2.1 实验原料

2.2 分析测试方法

2.3 芳酯型FBMI单体的合成

2.3.1 二硝基化合物的制备

2.3.2 二氨基化合物的制备

2.3.3 BMI单体的制备

2.4 芳醚型FBMI单体的合成

2.4.1 二硝基化合物的制备

2.4.2 二氨基化合物的制备

2.4.3 双马来酰亚胺酸的制备

2.4.4 BMI单体的制备

2.5 BMI单体玻璃布复合物的制备

2.6 PFBMI/DABPA及MFBMI/DABPA树脂及其玻璃布复合物的制备

2.7 PFBMI/MBMI/DABPA树脂及其浇铸体的制备

2.8 PFBMI/E-51/DDS树脂及其浇铸体的制备

3 芳酯型FBMI单体的合成与性能研究

3.1 芳酯型FBMI单体的合成与表征

3.1.1 二硝基化合物的合成与表征

3.1.2 二氨基化合物的合成与表征

3.1.3 BMI单体的合成与表征

3.2 芳酯型FBMI单体的固化行为

3.3 芳酯型FBMI单体的溶解行为

3.4 芳酯型FBMI单体玻璃布复合物的动态力学性能分析

3.5 芳酯型FBMI单体固化物的化学结构

3.6 芳酯型FBMI单体固化物的热性能

3.7 芳酯型FBMI单体固化物的吸湿行为

3.8 本章小结

4 芳醚型FBMI单体的合成与性能研究

4.1 芳醚型FBMI单体的合成与表征

4.1.1 二硝基化合物的合成与表征

4.1.2 二氨基化合物的合成与表征

4.1.3 双马来酰亚胺酸的合成与表征

4.1.4 BMI单体的合成与表征

4.2 芳醚型FBMI单体的溶解行为

4.3 芳醚型FBMI单体的固化行为

4.4 芳醚型FBMI单体玻璃布复合物的动态力学性能分析

4.5 芳醚型FBMI单体固化物的化学结构

4.6 芳醚型FBMI单体固化物的耐热性能

4.7 芳醚型FBMI单体单体固化物的吸湿行为

4.8 本章小结

5 芳醚型FBMI/DABPA共聚树脂体系的研究

5.1 芳醚型FBMI/DABPA树脂的固化行为

5.2 芳醚型FBMI/DABPA树脂体系的固化动力学

5.3 芳醚型FBMI/DABPA树脂体系的固化反应机理

5.4 芳醚型FBMI/DABPA树脂的动态力学性能

5.5 芳醚型FBMI/DABPA树脂的热稳定性

5.6 芳醚型FBMI/DABPA树脂的吸湿性能

5.7 本章小结

6 PFBMI/MBMI/DABPA和PFBMI/E-51/DDS树脂体系的研究

6.1 PFBMI/MBMI/DABPA树脂体系的研究

6.1.1 PFBMI/MBMI/DABPA树脂的固化行为

6.1.2 PFBMI/MBMI/DABPA树脂的动态力学性能

6.1.3 PFBMI/MBMI/DABPA树脂的热稳定性

6.1.4 PFBMI/MBMI/DABPA树脂的力学性能

6.1.5 PFBMI/MBMI/DABPA树脂的吸湿性能

6.2 PFBMI/E-51/DDS树脂体系的研究

6.2.1 PFBMI/E-51/DDS树脂的固化行为

6.2.2 PFBMI/E-51/DDS树脂的动态力学性能

6.2.3 PFBMI/E-51/DDS树脂的热稳定性

6.2.4 PFBMI/E-5 1/DDS树脂的力学性能

6.2.5 PFBMI/E-51/DDS树脂的的吸湿性能

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研成果

致谢

作者简介

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摘要

双马来酰亚胺树脂(BMI)是一类高性能的热固性树脂,因其优异的耐热性,良好的加工性和机械性能,被广泛应用于航空航天、机械电子等领域。目前常用的BMI单体为二苯甲烷型BMI(MBMI),但其熔点高,溶解性差,单体固化后交联密度高而导致固化物性脆,限制了其作为高性能树脂基体的应用。为克服上述缺点,本论文采用分子设计的方法,在BMI单体分子中引入芴基Cardo环骨架和酯键或醚键结构,以期在不影响BMI树脂耐热性的前提下,改善单体的加工性能及固化物的冲击韧性。 本论文设计并合成了两类共四种含芴基Cardo环结构的新型BMI单体,并筛选出性能优异的单体分别与2,2'-二烯丙基双酚A(DABPA)、MBMI及环氧树脂(E-51)等进行共聚改性,以期制备出性能优良的树脂体系。 首先,以双酚芴及其衍生物为原料,经四步反应合成了两种含芴基Cardo环和酯键结构的链延长型BMI单体PEFBMI和MEFBMI。采用FTIR、NMR和元素分析等手段对中间产物及目标产物进行了表征及结构分析。溶解性实验表明,两种单体均具有良好的溶解性能;DSC法研究了单体的固化行为,结果显示烷基取代基的存在提高了单体的熔点,降低了BMI双键的反应活性;采用DMA和TGA研究了单体固化物的热性能,结果表明烷基取代基使单体固化物的耐热性和热稳定性下降;固化物的吸水率测试显示,单体结构对固化物的吸湿行为有显著影响。在上述研究的同时探讨了芴基Cardo环和酯键结构对单体结构与性能之间关系的影响。 其次,以双酚芴及其衍生物为原料,经四步反应合成了两种含芴基Cardo环和醚键结构的链延长型BMI单体PFBMI和MFBMI。采用FTIR、NMR和元素分析等手段对中间产物及目标产物进行了表征及结构分析。溶解性实验表明,两种单体均具有良好的溶解性能,可在丙酮、氯仿等低沸点有机溶剂溶解;采用DSC法研究了单体的固化行为,结果显示两种单体都具有较低的熔点和较宽的熔融加工窗口;DMA和TGA研究了单体固化物的热性能,研究表明单体固化物均具有良好的耐热性和热稳定性。固化物的吸水率测试显示,烷基取代的存在使固化物的耐湿性下降。在上述研究的同时探讨了芴基Cardo环和醚键结构对单体结构与性能之间关系的影响。 将PFBMI和MFBMI分别与DABPA共聚,制备了不同摩尔配比的PFBMI/DABPA共聚树脂(PD87、PD100和PD120)和等摩尔配比的MFBMI/DABPA共聚树脂(MD100)。采用DSC法研究了共聚树脂的固化行为,并以PD100体系为例,计算了共聚树脂的固化反应动力学参数;采用红外光谱法详细研究了PD100体系在200℃以下的固化机理;采用TGA、DMA和吸水率测试等方法研究了三种PD树脂固化物和MD100树脂固化物的热性能及耐湿性能。结果显示,随着PFBMI单体含量的增加,三种PD共聚树脂固化物的耐热性、热稳定性和玻璃化转变温度均有所增加,固化物的吸水率降低;MD100体系与PD100体系相比,热稳定性和玻璃化转变温度有所下降,吸水率增大。 将PFBMI加入MBMI/DABPA体系,制备了PFBMI/MBMI/DABPA共聚树脂。在预先设定马来酰亚胺基团与烯丙基基团的摩尔比例为1∶0.87的条件下,研究了PFBMI与MBMI两种单体的摩尔配比对共聚树脂各项性能的影响。结果表明,随着PFBMI含量的增加,共聚树脂固化物的玻璃态储能模量逐渐升高,橡胶态储能模量和玻璃化转变温度逐渐降低;最大热分解温度基本保持稳定,热稳定性和高温残炭率有所提高;弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均表现出先增加后逐步下降的变化趋势,冲击强度最高提升达35%;断口形貌显示PFBMI含量过高会导致体系出现内部缺陷。 将PFBMI加入E-51/DDS体系,制备了PFBMI/E-51/DDS共聚树脂。在预先设定E-51与DDS等摩尔配比的条件下,研究了PFBMI单体的百分含量对共聚树脂各项性能的影响。结果表明,PFBMI改性E-51/DDS体系的耐热性、热稳定性及耐湿性均随着PFBMI单体含量的增加而提高;弯曲模量逐渐增大,弯曲强度和冲击强度则先小幅上升后逐渐下降,其中5%PFBMI改性体系的冲击强度最大。

著录项

  • 作者

    张丽影;

  • 作者单位

    大连理工大学;

  • 授予单位 大连理工大学;
  • 学科 高分子材料
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 陈平;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 林业;
  • 关键词

    结构新; 双马来酰亚胺;

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