含羧基杂环共聚芳醚增韧环氧树脂的研究

摘要

环氧树脂具有优异的机械性能、耐高温性能、耐腐蚀性能及电绝缘性能，已被广泛应用于航天航空、绝缘材料等领域。但由于其固化后表现出质脆、韧性差等缺点，很大程度限制了其在工程方面的推广应用，因此，增韧改性环氧树脂具有极其重要的现实意义。在综合国内外改性环氧树脂研究的理论基础上，本文将具有“扭曲、非共平面”的杂萘联苯结构和羧基活性基团同时引入到聚芳醚分子链中，合成了两类不同系列的含羧基杂萘联苯共聚芳醚砜和共聚芳醚酮高性能热塑性树脂，并应用于增韧改性环氧树脂AG80的研究。
　　以酚酞啉(PPL)、4-（3-氯-4-羟基苯基）-2，3-二氮杂萘-1-酮(DHPZ)与4，4'二氯二苯砜(DCS)和4，4'二氟二苯酮为聚合单体，通过溶液缩聚法分别合成了两个系列含羧基杂环共聚芳醚砜(PPES-P)和共聚芳醚酮(PPEK-P)，并通过FTIR、1H-NMR、DSC、TGA和XRD对其结构进行表征，并测试其溶解性和力学性能。结果表明:两类聚合物的结构与设计相符，且均为无定型聚合物;PPES-P系列聚合物的Tg均在260℃以上，5％热失重温度在440～467℃之间，而PPEK-P系列聚合物的Tg在235～255℃之间，5％热失重温度高于446℃，800℃残炭率均在56％以上。PPES-P系列聚合物的拉伸强度最高可达可达67.9MPa，拉伸模量最大为2.03GPa;而PPEK-P系列聚合物整体在95MPa左右，拉伸模量在2.13GPa左右。
　　利用非等温DSC研究了PPES-P11与AG80及固化剂4，4'-二氨基二苯砜(DDS)之间的反应性及固化反应动力学。结果发现，PPES-P11中羧基可与树脂AG80发生反应，但不与DDS反应。通过两种方法Kissinger法和Ozawa法算得改性体系的活化能因PPES-P11的加入明显变小。探讨三种固化工艺对纯AG80树脂的力学性能和热性能影响后，确定最佳固化工艺为:130℃1h+160℃2h+190℃3h+210℃2h。
　　在最优固化工艺条件下，分别研究了PPES-P的添加量及其结构对改性环氧树脂的力学性能、热性能的影响。结果表明，添加10-phr的PPES-P13对树脂的增韧效果最好，缺口冲击强度达到3.22KJ/m2，比纯AG80体系提高了52.6％;树脂的弯曲性能略有下降，热性能变化不大。PPEK-P系列聚合物对环氧树脂的增韧趋势与PPES-P类似。当添加10-phr的PPEK-P13时，体系缺口冲击强度达到最大值3.16KJ/m2，此时弯曲强度为121KPa，弯曲模量为3.9GPa。扫描电镜显示两类聚合物改性AG80体系均为均相结构，证明羧基与环氧基的反应确实存在。