芳炔基硅烷单体的制备、动力学分析及其聚合物性能研究

摘要

近年来，高性能树脂的研究成为材料领域研究热点。作为高性能树脂中的一类树脂材料，芳炔基硅烷树脂由于在耐热性、透波性、耐腐蚀以及其他性能上有着特殊的优越性，同样受到了广泛关注。本文采用Grignard试剂反应法，制备两种不同取代基团结构的三芳炔基硅烷树脂，对其化学流变性、固化工艺、固化动力学、介电性能以及耐热性与热分解动力学进行了研究分析，为芳炔基硅烷树脂在制备、成型加工以及应用上提供一定的理论指导依据。
　　主要工作与结论如下:
　　1)以正辛基三氯硅烷和十六烷基三氯硅烷为原料，通过Grignard试剂反应法，制备出两种不同取代基的三芳炔基硅烷树脂单体，即三芳炔基正辛基硅烷(TPEOS)和三芳炔基十六烷基硅烷(TPECS)，并采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁谱(1 H-NMR，13C-NMR，29Si-NMR)对其结构进行表征分析，判断出所制备出的产物即为目标产物。
　　2)通过旋转流变仪测量TPEOS和TPECS树脂单体的粘度随着温度的变化关系，研究了单体化学流变特性，结果显示两种树脂单体都具有较宽的加工窗口温度，窗口温度均在300℃以上。通过测量等温条件下粘度随时间变化曲线，建立化学流变粘度模型方程;通过模拟与实测结果对比，粘度模型较吻合实测结果，具备科学地实际性指导意义。
　　3)测量TPEOS和TPECS树脂单体非等温DSC测量曲线，结合外推法，推导树脂单体的固化工艺流程，结果显示:TPEOS树脂单体起始固化温度为300℃，终止固化温度为363℃;TPECS树脂单体起始固化温度为298℃，终止固化温度为362℃。采用Kissinger、Owaza、Flynn-Wall-Ozawa和Friedman四种不同的计算方法，计算两种树脂单体的固化反应活化能，建立固化反应动力学模型方程，推测固化反应机理。结果显示:TPEOS和TPECS树脂单体固化反应活化能分别为163.58kJ·mol-1和168.37kJ·mol-1。二者均属于自催化反应机理。
　　4)通过矢量网络分析仪对两种树脂单体聚合物PTPEOS和PTPECS进行介电常数和介点损耗正切值测量，结果显示:在2～18GHz频率范围内二者介电常数均保持在2.5左右，介点损耗正切值也保持较低值，满足透波材料要求，是一种良好的透波材料。在800℃高温处理条件下，介电常数增加，透波性能下降。
　　5)通过热重分析两种树脂聚合物PTPEOS和PTPECS的耐热性能，结果显示:在氮气气氛中，二者在800℃条件下残炭率均在60％以上，具有较好的耐热性。采用六种不同的计算方法，对树脂聚合物进行热分解动力学研究，建立热分解反应动力学方程，结果显示:PTPEOS树脂聚合物的热分解活化能为151.97kJ·mol-1，属于化学反应型热分解机理;PTPECS树脂聚合物的热分解活化能为198.45 kJ·mol-1，属于二维扩散型热分解机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 芳炔基硅烷树脂概述

1．2．1 简介

1．2．2 合成方法

1．2．3 固化机理

1．2．4 研究现状

1．3 化学流变学分析

1．4 固化动力学分析

1．5 热分解动力学分析

1．6 本课题研究目的、内容及创新点

1．6．1 研究目的

1．6．2 研究内容

1．6．3 创新点

第二章 两种芳炔基硅烷树脂单体的制备与结构表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 芳炔基硅烷树脂单体的制各

2．2．3 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 TPEOS单体的结构分析

2．3．2 TPECS单体的结构分析

2．4 本章小结

第三章 两种芳炔基硅烷树脂单体的化学流变特性与粘度模型建立

3．1 前言

3．2 实验部分

3．3．1 两种芳炔基硅烷单体的流变特性

3．3．2 TPEOS的粘度模型建立

3．3．3 TPECS的粘度模型建立

3．3．4 TPEOS与TPECS单体粘度模型对比分析

3．4 本章小结

第四章 两种芳炔基硅烷树脂单体的固化工艺与非等温固化动力学研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要样品和仪器

4．2．2 测试与分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 TPEOS单体固化工艺研究

4．3．2 TPECS单体固化工艺研究

4．3．3 两种树脂单体非等温固化动力学研究

4．3．4 两种树脂单体固化机理分析

4．4 本章小结

第五章 两种聚芳炔基硅烷树脂的介电性能与热性能研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 药品和仪器

5．2．2 测试与分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 两种树脂聚合物的介电性能分析

5．3．2 PTPEOS树脂聚合物的热性能分析

5．3．3 PTPECS树脂聚合物的热性能分析

5．3．4 两种树脂聚合物热分解分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果