聚酰亚胺齐聚物改性环氧树脂及其复合材料的制备与性能研究

摘要

基体树脂作为复合材料的连续相，对复合材料的综合性能起到了决定性作用。环氧树脂虽然具有较好的粘接性、电绝缘性、化学稳定性，但其脆性大、吸水率高，难以满足高性能复合材料基体树脂的要求，故需对其进行改性。聚酰亚胺材料具有优异的力学和电学性能，使用聚酰亚胺改性环氧树脂，可以综合两者优点，得到高韧性耐高温基体树脂。但聚酰亚胺难熔难溶，与环氧树脂共混性能不好，容易发生相分离。活性基团封端聚酰亚胺齐聚物不但具有聚酰亚胺的优异性能，而且溶解性能良好，化学结构和物理结构具有很强的可设计性，其不仅可以有效的改性环氧树脂得到基体树脂，而且通过对其结构的设计，还可以制备得到各种性能差异的基体树脂。
　　 本课题工作主要分为四部分:
　　 一、2，2-双[4-（3-羧基酞酰亚胺基苯氧基）苯基]丙烷(CIBAPP)的合成及表征。
　　 二、CIBAPP改性E-51环氧树脂的制备与性能研究。
　　 三、CIBAPP改性TGDDM环氧树脂的制备与性能研究。
　　 四、高性能复合材料的制备与性能研究。
　　 首先以2，2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷(BAPP)和偏苯三酸酐(TMA)为原料，在甲苯和N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)混合溶剂中合成了2，2-双[4-（3-羧基酞酰亚胺基苯氧基）苯基]丙烷(CIBAPP)，使用FT-IR对其特征吸收峰进行表征。
　　 使用不同量的新制CIBAPP溶液改性E-51环氧树脂得到基体树脂，并对其力学、吸水率、粘度、表观活化能、表面能等性能进行测试。研究表明，CIBAPP的加入量的提高会降低反应活化能，提高固化反应速率;降低树脂粘度;在一定范围内降低树脂的表面能和吸水率。当CIBAPP加入量为16phr时，基体树脂拉伸剪切强度高达36.4MPa，适用期为750h，表观活化能为43.3k J/mol，热老化1000h后拉伸剪切保持率为86％，是一类性能优异的基体树脂。
　　 使用不同量的新制CIBAPP溶液改性多官能度环氧树脂TGDDM，制得基体树脂，对其力学、吸水率、表观活化能、表面能等性能进行测试。研究表明，当CIBAPP加入量为25phr时，基体树脂的拉伸剪切强度为38.2MPa，适用期超过400h，表观活化能为47.4kJ/mol，热老化1000h后拉伸剪切保持率为86％，各项性能均较为优异。
　　 选用力学性能最为优异的两基体树脂，即CIBAPP加入量为16phr的改性E-51环氧树脂和CIBAPP加入量为25phr的改性TGDDM环氧树脂，制备成复合材料，并对其力学、电学、表面能等性能进行测试。研究表明，两种复合材料均具有优异的力学性能:抗弯强度分别达到609MPa和732MPa;良好的电气性能:击穿强度分别为33.7kV/mm和42.5kV/mm，体积电阻率分别1.1*1015Ω·cm和3.1*1015Ω·cm，相对介电常数分别为4.9和4.1;较好的疏水性，表面能分别为50.7 mJ/m2和47.0 mJ/m2，远小于水的表面能。可见，以CIBAPP改性环氧树脂作为基体树脂，以玻璃布作为增强材料，可制得综合性能优异的复合材料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚酰亚胺概述

1．1．1 聚酰亚胺的性能

1．1．2 聚酰亚胺的改性

1．2 环氧树脂概述

1．2．1 环氧树脂的性能

1．2．2 环氧树脂的应用

1．2．3 环氧树脂的改性

1．3 活性基团封端聚酰亚胺改性环氧树脂

1．4 本课题的研究意义和内容

1．4．1 本课题的研究意义

1．4．2 本课题的研究内容

第二章 2，2-双[4-(3-羧基酞酰亚胺基苯氧基)苯基]丙烷(CIBAPP)的合成与表征

2．1 前言

2．2 实验原料与仪器设备

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器与设备

2．3 实验方法

2．3．1 合成路线

2．3．2 CIBAPP溶液的合成工艺

2．3．3 CIBAPP粉末的制备

2．3．4 CIBAPP溶液固含量的测定

2．3．5 CIBAPP溶液粘度的测定

2．3．6 CIBAPP粉末红外光谱扫描

2．3．7 CIBAPP粉末溶解性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 CIBAPP溶液的固含量-粘度关系

2．4．2 CIBAPP的红外表征

2．4．3 CIBAPP的溶解性分析

2．5 本章小结

第三章 CIBAPP改性E-51环氧树脂的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验原料及设备

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备

3．3 实验方法

3．3．1 基体树脂制备

3．3．2 红外表征

3．3．3 基体树脂固含量测试

3．3．4 基体树脂粘度测试

3．3．5 基体树脂拉伸剪切强度测试

3．3．6 基体树脂凝胶化时间测试

3．3．7 基体树脂固化物表面接触角测试

3．3．8 基体树脂固化物吸水率测试

3．3．9 基体树脂老化性能测试

3．3．10 基体树脂固化工艺研究

3．4 结果与讨论

3．4．1 红外光谱表征

3．4．2 基体树脂的粘度与适用期

3．4．3 基体树脂的力学性能研究

3．4．4 基体树脂的凝胶化时间和表观活化能

3．4．5 基体树脂的固含量

3．4．6 基体树脂固化物的接触角与表面能

3．4．7 基体树脂固化物吸水率

3．4．8 基体树脂的耐热老化性能研究

3．5 本章小结

第四章 CIBAPP改性TGDDM环氧树脂的制备与性能研究

4．1 引言

4．2 实验原料及设备

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备

4．3 实验方法

4．3．1 基体树脂制备

4．3．2 基体树脂固化工艺

4．4 结果与讨论

4．4．1 红外光谱表征

4．4．2 基体树脂的力学性能研究

4．4．1 基体树脂的凝胶化时间和表观活化能

4．4．4 基体树脂的固含量

4．4．4 基体树脂固化物的接触角与表面能

4．4．5 基体树脂固化物吸水率

4．4．6 基体树脂的耐热老化性能研究

4．5 本章小结

第五章 高性能复合材料的制备及其性能研究

5．1 前言

5．2 实验原料与仪器设备

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验仪器与设备

5．3 实验方法

5．3．1 无碱玻璃布预处理

5．3．2 基体树脂的选择

5．3．3 玻璃布上胶及半固化片的制备

5．3．4 复合板的热压成型

5．3．5 复合材料吸水率测试

5．3．6 复合材料电学性能测试

5．3．7 复合材料力学性能测试

5．3．8 复合材料的接触角测试

5．4 结果与讨论

5．4．1 复合材料的吸水率

5．4．2 复合材料的电学性能

5．4．3 复合材料的力学性能

5．4．4 复合材料的接触角及表面能

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

在读期间发表论文及申请专利

致谢