超支化液晶/环氧树脂复合材料的制备与性能的研究

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本文合成了端基含有羟基的哑铃状液晶和含有羧基的超支化液晶两种不同类型的超支化液晶化合物,并对环氧树脂增韧改性,探讨了两种液晶化合物对材料力学性能、热性能的影响,通过扫描电镜对液晶增强增韧环氧树脂的微观结构进行分析,提出超支化液晶增强改性的机理。在此基础上,选用端基含有羧基的超支化液晶(HLCP-COOH)与经硅烷偶联剂表面修饰后的Al203粉体,协同改性粉末环氧树脂制备出不同Al203含量的塑封材料。研究塑封材料的力学性能、热学性能、电性能,初步探讨HLCP-COOH与Al203提高材料力学性能、热稳定性能、导热性能及电性能的原因及机理,得出研究结论归纳如下:   1、采用FTIR、DSC、POM和WAXD对所合成出的两种液晶化合物的化学结构和液晶行为等方面进行了较为系统的表征和分析,端基含羟基及羧基的液晶分别在100-200℃和170-251℃内出现了丝状织构,证实了合成出的超支化液晶为热致性向列型液晶。   2、通过力学性能测试、动态力学分析以及热重分析表明:两种超支化液晶的加入均能同时提高材料的韧性、玻璃化转变温度和耐热性。其中当哑铃状液晶加入量为5wt%时,冲击强度比纯环氧树脂提高了47%,Tg高了30℃,起始分解温度提高了26℃;当含有羧基的超支化液晶加入量为5wt%时,冲击强度相对于纯环氧树脂提高了78%,Tg提高了40℃,起始分解温度提高了110℃。   3、冲击断面的SEM分析表明:两种超支化液晶与环氧树脂有较强的界面相容性,断面成韧性断裂。这是由于其介晶单元在固化体系中形成微纤和液晶的裂纹钉锚作用以及超支化分子形成的空穴共同作用的结果。   4、超支化液晶HLCP-COOH与Al203粉体的加入,改善了环氧树脂的力学性能。其冲击强度相对于纯环氧树脂提高了23%,相对于单纯加入Al203时提高了256%.这是因为除了超支化液晶的增韧因素外,修饰后的Al203粒子与环氧树脂能很好的结合可以使固化物的交联密度增加,改善了材料的韧性,但加入量过大,Al203粒子在树胎基体中的分散不均匀易团聚,使得材料的冲击性能下降。   5、超支化液晶HLCP-COOH及Al203粉体的加入,有助于提高塑封材料的导热系数和热稳定性,随着Al203含量的增加,材料的导热系数及热稳定性逐渐提高。相比单纯的加入Al203(60wt%)的复合材料,加入HLCP-COOH(5wt%)与Al203(60wt%)的复合材料的导热系数提高了32%,相对于纯环氧树脂起始分解温度提高了12℃。同时,超支化液晶HLCP-COOH及Al203粉体的加入可降低材料的热膨胀系数.   6、超支化液晶HLCP-COOH及A12O3粉体的加入,改善了塑封材料的电性能。相对于纯环氧树脂,体积电阻率提高了两个数量级,介电损耗减少了44%,并随着Al203含量的增加,材料的体积电阻也逐渐增大,介电损耗逐渐减少。相比单纯加入Al203(60wt%)的复合材料,加入HLCP-COOH(5wt%)与Al203(60wt%)的复合材料的体积电阻率要高。
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