基于三蝶烯结构含氟二胺改性的双马来酰亚胺树脂和新型聚酰亚胺材料的合成与性能研究

摘要

聚酰亚胺和双马来酰亚胺都有着耐高温、耐湿热、耐辐射和耐化学等优良性质，因而被广泛的应用于太阳能光伏、航空航天、军工科技等高新技术领域。双马来酰亚胺树脂由聚酰亚胺体系派生出来，热稳定性上虽未聚酰亚胺的好，但由于它像环氧树脂那样易于加工，而常常被用作复合材料基体。然而双马来酰亚胺会因未改性，而导致溶解性变差、固化温度过高、固化物脆性大，这些限制了其应用，使得它在性能改性上成了当今高分子领域研究的热点之一。芳香族聚酰亚胺因受骨架刚性结构、分子结晶化和电子极化等作用的影响，而表现出溶解性差、透过率低、高介电常数和难加工等缺陷，为解决这些问题，研究者们对其进行了大量改性研究。
　　针对上述问题，本论文做了两方面的内容，包括改性双马来酰亚胺和合成新型聚酰亚胺材料。在双马改性方面，设计了两种二胺通过Miachael加成反应对商品化的BMI进行了改性，二胺中我们引入了三蝶烯结构和氟元素，并与普通二胺改性的双马做了性能上的对比；聚酰亚胺方面，我们在含三蝶烯、含-CF3的二胺基础上引入了脂肪链成功得到了新型二胺，并与商品化的二酐反应得到新型PI材料薄膜，同样设计了一种不含三蝶烯的二胺与其进行对比。所有内容包括如下四个方面：
　　一，以工业化廉价的蒽和对苯醌为原料通过D-A反应生成了含有三蝶烯结构的二酮，酸性条件下二酮重排得到了产率较高的三蝶烯对苯二酚，然后分别与对氯硝基苯和2-氯-5-硝基-三氟甲基苯发生亲核取代反应得到了两种类型的二硝基，在经Pd/C、水合肼还原后得到两种二胺单体，通过红外、1HNMR和13CNMR测试方法表征了其结构的正确性。
　　二，将得到的两种二胺和普通的二苯甲烷型二胺(做对比)分别改性BMI，得到了六种低聚物树脂。利用红外测试观察了改性前后及固化前后物质官能团的变化，证明了固化工艺的可行性；通过溶解性测试证明了三蝶烯和含氟结构的引入大大提高了预浸料的溶解性；FBMI和BBMI两种聚合物都有着较低吸湿性，其中FBMI系列最好；TGA测试证明了含三蝶烯结构的二胺改性的BMI比普通二胺改性的BMI耐热性要好，保留了BMI热稳定性。最后通过DSC测试分析了三种低聚物从熔融到固化的行为，并设计出了热压成型工艺。
　　三，选取三种改性后的BMI低聚物经过一系列制备过程得到了三种类型的先进复合材料，对三种材料进行了吸湿性、SEM和DMA测试，证明了以含氟含三蝶烯结构的二胺改性的BMI为基体的复合材料有着较低吸湿率，材料增韧效果好、刚性适中等优点。
　　四，在三蝶烯对苯二酚基础上引入了脂肪链经亲核取代、硝基还原得到了新型二胺单体，同时合成了不含三蝶烯结构的相似二胺，然后分别与二酐BPDA、BTDA和6-FDA缩聚得到了含三种特殊官能团的聚酰亚胺。通过各方面性能测试表明，含三蝶烯、-CF3、脂肪链三种特殊官能团的PI有着较好的透过性、荧光性、溶解性和低吸湿性，同时力学性能良好和保留了PI的耐热性，因此该聚酰亚胺有着较全面的综合性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1三蝶烯(triptycene)概述

1.2聚酰亚胺(PI)

1.3 双马来酰亚胺(BMI)

1.4 复合材料

1.5 本文课题的提出及研究意义

第二章 1,4-双(4-氨基苯氧基)三蝶烯的合成与结构表征

2.1 前沿

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第三章 1,4-双(4-氨基-2-(三氟甲基)苯氧基)三蝶烯的合成与结构表征

3.1 前沿

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章 基于三蝶烯结构二胺改性双马来酰亚胺树脂及性能的研究

4.1 前沿

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

第五章 改性双马来酰亚胺玻璃布预浸料及其复合材料

5.1 前沿

5.2 实验部分

5.3以双马来酰亚胺树脂为基体的复合材料层压板的制备

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

第六章 三蝶烯-1,4-氢醌-双(4-氨基-2-(三氟甲基)苯氧乙基)醚和对苯二酚-双(4-氨基-2-(三氟甲基)苯氧乙基)醚的合成与结构表征

6.1前言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4本章小结

第七章 含三蝶烯、脂肪链、三氟甲基聚酰亚胺的制备及其性能研究

7.1前言

7.2 实验部分

7.3 结果与讨论

7.4 本章结论

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果