双邻苯二甲腈的固化反应过程及其复合材料的制备研究

摘要

双邻苯二甲腈树脂是一类高性能热固性树脂，其优异的热稳定性、热氧稳定性、化学稳定性、阻燃性、防潮性以及良好的加工性使其在航空航天等高技术领域具有广泛的应用前景，对其聚合反应机理的研究和新型双邻苯二甲腈树脂的开发及研究对于优化成型工艺、改善加工性以获得高性能的耐高温复合材料具有重要的意义。
　　首先，本文中通过控制模型化合物联苯型双邻苯二甲腈(BPh)与氯化亚铜的反应制备了一种模型齐聚物。结构表征结果显示，本文中控制加料比和反应条件的方法可以有效的将双邻苯二甲腈的超支化过程从聚合反应过程中剥离出来，单独进行研究。模型齐聚物中核心酞菁环的形成比较迅速，支链酞菁环的形成则慢的多，因而，在双邻苯二甲腈聚合物的制备过程中，前期的短时间的预处理和后期长时间的加热后处理都是必要的。模型齐聚物溶液经长期放置会发生聚集，研究表明，聚集物是由许多由片层结构包裹成的棒状结构组成的。模型齐聚物发生团聚的内聚力是其结构中含有的酞菁环以及苯环结构的π-π共轭作用。
　　其次，本文以4,4’-二羟基联苯、2,6-二氯苯腈和4-硝基邻苯二甲腈为原料，通过溶液反应合成了一种含芳醚腈链段的联苯型双邻苯二甲腈(2PEN-BPh)并表征了其结构和液晶行为，其液晶相为纹影状的向列型织构。固化交联剂2,6-二-4-氨基苯氧基苯甲腈(BDB)的加入可以有效的降低固化反应温度，提高固化反应速度，改善其加工性。BDB含量为5wt％时，其加工温度窗达143oC，较BPh有较大改善。随固化温度和固化时间的增加，热稳定性和热氧稳定性增加。说明随热处理的进行，其反应程度越来越高。2PEN-BPh聚合物在氮气中分解5%时的温度为551.00 oC，800 oC时的残炭率高达78.43%；在空气气氛中分解5%时的温度为549.30 oC，600 oC时的残炭率为88.74%。2PEN-BPh聚合物是非常优异的耐高温材料。
　　最后，根据聚合反应机理和2PEN-BPh反应性的研究结果，分别以2PEN-BPh和2PEN-BAPh(双酚A型)为基体树脂通过热压成型工艺制备了玻纤复合材料。实验结果显示，2PEN-BAPh/玻纤复合材料经后处理弯曲强度可达711.60MPa，弯曲模量达32.38GPa，力学性能优异；但经高温处理后，弯曲强度和模量均大幅下降，热氧稳定性不佳。2PEN-BPh/玻纤复合材料经后处理弯曲强度为479.07MPa，弯曲模量为16.23GPa，经高温处理后，弯曲强度仍有422.84 MPa，弯曲模量有13.80 GPa，不仅力学性能好，耐高温性能也非常优异。两种玻纤复合材料都具有优异的耐湿热性能和耐腐蚀能力。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 双邻苯二甲腈树脂的研究进展

1.3 本课题的提出、目的及研究内容

第二章 双邻苯二甲腈的聚合反应机理研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 含芳醚腈链段的联苯型双邻苯二甲腈的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 含芳醚腈链段的双邻苯二甲腈树脂玻璃纤维增强复合材料的制备与性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 结论

致谢

参考文献

在学期间的研究成果