聚酰亚胺低聚物及其高性能基体树脂的制备

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环氧树脂是一种多官能交联聚合物,具有优良的耐化学腐蚀性、力学性能、热学性能、电绝缘性及粘接性能,它能够粘接玻璃、金属等多种基材,且固化后具有较低的收缩性能使拥有其良好的焊接性能。为了满足在物理机械性能上的特殊要求,环氧树脂常常与固化剂配合使用。然而,环氧树脂由于其内部结构原因存在较大的脆性,不足以吸收并分散压力,使其在航空航天等需要较大耐冲击性及抗断强度的领域的应用受到了较大限制。因此,在保持其原有的高模量、高玻璃化转变温度、低成本的基础上降低环氧树脂的介电常数,开发出制备高韧性环氧树脂的方法,将会扩大环氧树脂的应用领域。本论文采用含有活性羧基与羟基官能团的聚酰亚胺低聚物与两种环氧树脂(双官能团环氧和四官能环氧)混合,旨在研究酰亚胺类低聚物与两树脂的兼容性及其对所制备而成的基体树脂性能的影响。本论文主要分成四个部分:1)采用本胺盐酸盐为催化剂合成DAHTM单体,并对其进行表征;2)制备CIDAHTM和CIBAPP聚酰亚胺低聚物,并对其进行表征;3)通过在环氧树脂中加入聚酰亚胺低聚物制备高性能基体树脂,并对其性能进行研究;4)采用改性E51及TGDDM两种环氧树脂制备玻璃纤维增强复合材料,并对其性能进行研究。首先,采用苯胺与对羟基苯甲醛为原材料,以苯胺盐酸盐为催化剂进行缩合反应合成DAHTM单体,之后通过红外光谱、熔点等手段对其进行表征。采用DAHTM及BAPP分别与TMA进行两步缩聚反应制备CIDAHTM及CIBAPP酰亚胺类低聚物,红外光谱表征证明亚胺化完全。将本论文所制备的酰亚胺类低聚物,按不同的比例加入到E51与TGDDM环氧树脂中对其进行改性。其中样P-EP1、样P-EP2、样P-EP3和样P-EP4为CIDAHTM低聚物改性环氧树脂,样P-EP5.P-EP6.P-EP7.P-EP8和P-EP9为CIBAPP低聚物改性环氧树脂。采用固状CIDAHTM酰亚胺类低聚物改性的环氧树脂的活化能为54.8~64.1kJ/mol,吸水率为1.4%~1.8%,表面能为44.8~45.9mJ/m2,拉伸剪切强度为10.7~24.6MPa。以液状CIDAHTM聚酰亚胺低聚物改性的环氧树脂的活化能为38.9~53.8kJ/mol,吸水率为2.6%,表面能为48.9~61.5mJ/m2,拉伸剪切强度为2.8~11.7MPa。另外,采用液状CIBAPP低聚物改性的基体树脂样品的活化能为46.0~54.2kJ/mol,吸水率为0.4%,表面能为43.6~53.3mJ/m2,拉伸剪切强度为17.8~33.3MPa。改性基体树脂的性能测试结果表明:所有样品的表面能均小于水,说明该基体树脂具有良好的疏水性;在85℃、85%RH的环境下,除了液状CIDAHTM低聚物改性的环氧基体树脂,其他样品的吸水率均小于多数基体树脂的平均吸水率(2%-3%)。这证明了聚酰亚胺低聚物提高了环氧树脂的疏水性。采用CIBAPP改性的环氧树脂具有最低的吸水率,且其力学性能好于用CIDAHTM酰亚胺类低聚物改性的环氧树脂,相比之下证明,CIBAPP与双官能环氧及四官能环氧的兼容性更好,且当E51与TGDDM以60:40混合时,其力学性能最佳。当环氧基体树脂组成为E51:TGDDM为60:40时,呈现出最佳的力学性能,因此,本论文采用该组成作为玻璃纤维增强复合材料的基体树脂配方,并对所得的玻璃纤维复合材料进行了性能研究。实验结果表明所得的玻璃纤维增强复合材料的介电强度为197kV/cm,体积电阻为2.1×10150.cm,纵向应力与横向应力分别为686MPa和631MPa,吸水率为0.18%,表面能为43.6mJ/m2,介电常数为4.9。
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