聚硅氧烷@聚酰亚胺核壳微球增韧氰酸酯树脂的研究

摘要

以高耐热性、高韧性和高刚性为性能特征的高性能热固性树脂（HPTR）是电子信息、新能源、航空航天等尖端领域亟需的关键基础材料。现有的耐热热固性树脂具有高耐热性和高刚性，但是其脆性大。传统增韧方法常常以牺牲树脂的耐热性和/或刚性为代价。因此研发新的、高效的增韧方法，从而制得满足尖端工业应用要求的HPTR一直是当今高性能高分子材料的重要课题。
　　氰酸酯树脂（CE）是耐热热固性树脂（TR）的代表，其最具特色的性能特征是具有极低的介电常数和损耗。因此，CE树脂的增韧研究应该保持该性能优势，但是也无疑大大增加了改性研究的难度。本文旨在制备高性能CE树脂的新方法，并获得具有优异介电性能、高耐热性、高韧性和高刚性的CE树脂。
　　本文提出高耐热核壳微球改性CE树脂的思路，从耐热核壳微球的合成出发，以结构-性能关系为主线，展开改性CE树脂的研究。具体工作主要包括以下两个方面：
　　首先，以八甲基环四硅氧烷（D4）为单体，甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为交联剂，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）为功能基团，通过乳液聚合方法合成了带环氧基的聚硅氧烷微球。之后，通过调节均苯四甲酸酐（PMDA）与4,4’-二氨基二苯醚（ODA）的比例，合成了微球粒径在百纳米级别而壳层厚度不同的两种聚酰亚胺（PI）包覆聚硅氧氧烷（PSi）微球PSi@PI（150nm）和PSi@PI1（220nm）。在此基础上，制备了系列PSi@PI/CE（PSi@PI1/CE）树脂，系统研究了改性CE树脂的热性能、力学性能（韧性和刚性）以及介电性能。研究发现PSi@PI对CE树脂韧性、耐热性、热稳定性以及介电性能提升最大，改性CE树脂的最佳冲击强度和断裂韧性分别是CE树脂值的1.72和1.68倍，主要的增韧机理是裂纹钉扎和微裂纹。2PSi@PI/CE（PSi@PI质量分数为2％）树脂的初始分解温度和玻璃化转变温度分别是450℃和300℃，比CE树脂高出4-14℃。此外，相比于CE树脂，PSi@PI/CE树脂具有更低的介电常数和介电损耗。
　　其次，利用均聚法合成了微米级的PSi@PI0核壳微球，并制备了系列PSi@PI0/CE树脂，系统研究了改性CE树脂的热性能、力学性能（韧性和刚性）以及介电性能。研究结果表明，PSi@PI0对CE树脂的增韧效果优于 PSi@PI，在相同添加量下，PSi@PI0/CE树脂的冲击强度和断裂韧性分别是CE树脂的1.95和1.87倍，其主要增韧机理是微裂纹和裂纹钉扎，但是在耐热性和刚性方面却劣于后者并且低于CE树脂。

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第一章 文献综述

1.1 CE树脂

1.2 CE树脂的固化反应

1.3 CE树脂的性能

1.4 CE树脂的增韧改性

1.5 核壳聚合物增韧剂

1.6 聚硅氧烷

1.7 选题目的及研究内容

第二章 聚硅氧烷@聚酰亚胺核壳微球的合成与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 聚硅氧烷@聚酰亚胺/CE固化树脂的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 结 论

参考文献

硕士期间取得的科研成果

致谢