基于醛基功能化高韧性苯并噁嗪树脂的制备及性能研究

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hdazf
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苯并噁嗪树脂(BOZ)作为一种新型热固性材料,具有灵活的分子设计性、固化零收缩等诸多优点,在航空航天、电子电器、火车汽车、医药化工等众多领域得到广泛的应用。尽管苯并噁嗪树脂具有诸多优点,但其脆性较大、固化温度较高的缺点限制了其在航天航空领域的进一步应用。因此,苯并噁嗪树脂的增韧改性具有重要的理论意义与实际价值。本文分别采用与胺类化合物共聚增韧改性和与聚六氢三嗪共混的方法来对苯并噁嗪进行增韧改性。即以醛基功能化苯并噁嗪(PHB-a)单体为原料,利用吲哚与醛基能够产生特殊反应,将5-氨基吲哚与PHB-a共聚制备高韧性苯并噁嗪固化物以及利用聚六氢三嗪与苯并噁嗪的固化温度差异,通过原位可控顺序固化制备苯并噁嗪/聚六氢三嗪互穿网络聚合物,实现苯并噁嗪的增韧,并通过结构和性能表征对其固化行为、热稳定性、力学性能和增韧机理等进行研究。本文的主要内容和结论如下:1.以甲醛、苯胺、对羟基苯甲醛为原料,采用一锅法合成了醛基功能化的苯并噁嗪单体(PHB-a),并以PHB-a为原料与5-氨基吲哚(5-aminoindole)分别按1:1,1:2,2:1的摩尔比合成不同比例的苯并噁嗪/5-氨基吲哚预聚物(PHB-a-indole)。研究发现,PHB-a-indole增韧机理是苯并噁嗪与5-氨基吲哚共聚,醛基和吲哚基之间会产生特殊反应形成特殊的玫瑰吲哚结构。纯苯并噁嗪树脂poly(PHB-a)脆性高、难以成膜、机械性较差,而与5-氨基吲哚共聚改性后的固化物韧性有了明显的提高,摩尔比为1:1时的改性物poly(PHB-a-in11)的综合性能表现最好,其拉伸模量为3.05 GPa,断裂伸长率约为2.54%,断裂强度为72.35 MPa。改性后的苯并噁嗪树脂的热稳定性略有降低,800℃残炭率为63.6%,说明其依旧保持着良好的热稳定性。在固化过程中,改性后的树脂能够在120℃的条件下形成自支撑膜,而苯并噁嗪树脂仍为粘稠的液体状。不同于断面平滑的poly(PHB-a),改性后的固化物的扫描电镜图出现了脊状形态。2.以甲醛、PHB-a、1,3-二(4’氨基苯氧基)苯为原料,制备了不同摩尔比的醛基功能性聚苯并噁嗪和聚六氢三嗪(PHT)的互穿聚合物网络(poly(PHB-a/PHT)IPNs),并对其结构、力学、热性能和降解性能等进行了研究。红外光谱和核磁碳谱13C NMR证明poly(PHB-a)和PHT之间存在分子间氢键的作用,形成PHB-a/PHT互穿聚合物网络从而增强了这两种聚合物的相容性。当PHB-a与PHT的摩尔比为2.4时,改性后聚合物呈现出更好的机械性能,其断裂伸长率为9.36%,拉伸模量为118.56 MPa,断裂强度为114.49 MPa。且动态热机械分析(DMA)结果显示,玻璃化转变温度(Tg)达到211℃,且改性后的互穿网络体系未出现相分离。同时,poly(PHB-a/PHT)IPNs具有优异的降解性能,未来有望作为复合材料基体树脂解决高性能热固性材料难以回收的问题。
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