基于金属有机骨架的高性能双马来酰亚胺树脂基复合材料的结构与性能研究

摘要

高性能耐热热固性树脂（HPTR）一直是制约电子信息、电气绝缘、新能源和航空航天等尖端工业领域发展前景的关键基础材料。随着产品向轻质、高速、高功率方向发展，对产品的服役可靠性提出了越来越高的要求。而大量研究表明，高介电损耗是导致树脂在电子信息和电气绝缘领域应用中易老化、服役可靠性低的主要因素。因此，低介电损耗成为高性能绝缘材料包括高耐热性和高韧性在内的重要性能特征。双马来酰亚胺树脂（BMI）是HPTR的典型代表，在电子信息、电气绝缘、新能源和航空航天等尖端领域具有重要应用价值，然而存在韧性不足的缺点。如何在保持HPTR原有突出性能的基础上，研制高韧性、高耐热、低介电常数及损耗的复合材料，是当今材料领域的重要研究课题。此外，尚未有金属有机骨架（MOF）改性树脂的阻燃性能方面的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴分别制备了两种刚性粒子MOF，分别是sMIL及氨基化MOF（sN-MIL），并对其结构进行了系统表征。结果表明，合成的sN-MIL是有与sMIL一致的结构，其粒径在100nm左右，BET比表面积为171.78m2/g，远小于文献中的值（3099m2/g）。⑵将sN-MIL加入烯丙基双酚A（DBA）中，并与BMI树脂熔融组成复合材料（sN-MIL/BD），系统研究了sN-MIL对BD树脂的固化行为、聚集态结构（交联密度和自由体积）、耐热性、介电性能、力学性能（包括韧性和刚性）及其增韧机理和阻燃性能的影响。研究结果表明，相较于 DBA改性 BMI（BD）树脂，所有的sN-MIL/BD复合材料同时具有超低介电损耗、低介电常数、良好的耐热性及出色的力学性能（包括冲击强度、弯曲强度及临界应力强度因子（ KIC））。其中，含0.3wt％sN-MIL的复合材料（0.3sN-MIL/BD）的弯曲强度、冲击强度及KIC分别高达BD树脂的1.86倍、1.70及1.65倍。与此同时，100Hz时，0.3sN-MIL/BD的介电损耗低至0.0004，是迄今无机填料/聚合物复合材料的最低值，而且介电常数（3.15）低，表明sN-MIL对BD树脂具备优异的降低介电损耗、增韧和增强能力。此外，本文采用极限氧指数、锥形量热和热重红外联用手段深入研究了sN-MIL/BD复合材料的阻燃性能及其阻燃机理。研究表明，sN-MIL的加入降低了火灾发生的难度，表现出良好的阻燃性。通过系统研究sN-MIL及其含量对树脂聚集态结构（自由体积、交联密度）的影响，深入探讨了sN-MIL/BD复合材料取得优异性能的机理。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 低介电常数聚合物复合材料及其制备方法

1.2.1 聚合物复合材料的极化度

1.2.2 聚合物复合材料的极性密度

1.2.3 低介电损耗聚合物复合材料及其制备方法

1.3 BMI树脂的增韧研究

1.3.1 无机刚性粒子增韧

1.3.2 热塑性树脂增韧

1.4 课题的提出及研究内容

第二章 氨基化金属有机骨架合成与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.2 sMIL和sN-MIL的制备

2.2.3 结构表征与性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 sN-MIL的结构表征

2.4 本章小结

第三章 sN-MIL/BD复合材料的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 预聚体及固化树脂的制备

3.2.3 结构表征与性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 sN-MIL/BD复合材料的固化行为及化学结构

3.3.2 sN-MIL/BD复合材料的耐热性能

3.3.3 sN-MIL/BD复合材料的介电性能

3.3.4 sN-MIL/BD复合材料的力学性能

3.3.5 sN-MIL/BD复合材料的耐湿性能

3.3.6 sN-MIL/BD复合材料的阻燃性能

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利

致谢