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新型双邻苯二甲腈树脂的合成与性能研究

作　者: 李文婷
导　师: 刘孝波
学　校: 电子科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 双邻苯二甲腈固化速率加工温度窗热稳定性热氧稳定性
分类号: TQ323.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 73次
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内容摘要

邻苯二甲腈树脂是一类高性能的热固性树脂,它主要是由邻苯二甲腈单体在高温下通过腈基的加成聚合而成。由于其优异的热稳定性、热氧稳定性、化学稳定性、阻燃性、低吸水性以及良好的加工性,邻苯二甲腈树脂在航空航天等高技术领域具有广泛的应用前景。首先,本文研究了联苯型双邻苯二甲腈树脂(BPh)的固化反应过程。在BPh的固化过程中不仅加入了交联剂也选用了钼酸铵做为催化剂。研究表明:可以通过控制催化剂加入的量较好的控制固化反应的速率。含量在一定范围内(0.5-1wt%)的催化剂可以提高固化物的热稳定性,该条件下的BPh树脂在800oC的氮气氛围下有高于74%的残碳率而在空气氛围下有高于60%的残碳率,材料具有很好的热稳定性及热氧稳定性。然而过多的催化剂的加入反而会降低固化样品的热稳定性。研究表明,当交联剂含量为2-3wt%、催化剂含量为1wt%时,可以获得性能优良的树脂。动态流变性能的研究显示样品的凝胶化时间对频率参数的变化呈现一定的规律性。当频率为1.2Hz时,凝胶化时间最小。此外,温度扫描模式下的动态流变性能的研究表明,随着升温速率的增大,凝胶化时间减小,其变化规律与一条光滑曲线相吻合。在以后的研究中,可以应用这条曲线的方程式对相应条件下的凝胶化时间进行预测。其次,本文合成了一种含芳醚腈链段的双酚A型双邻苯二甲腈树脂(nPEN-BAPh),其结构得到了FTIR、1H-NMR和13C-NMR谱图的支持。通过测试可知,此系列树脂的熔点或软化点在60oC左右,固化温度在220oC左右,所以这类材料具有较大的加工温度窗。另外,nPEN-BAPh的固化反应较之BPh更容易发生,在没有催化剂的情况下也可以只通过交联剂含量的变化较好的控制固化反应的速率。当n大于6之后,树脂的热及热氧稳定性均大幅度的下降,特别是在温度高于600oC以后固化物质量损失较大。最后,针对以上两类树脂的特性,本文制备了BPh/nPEN-BAPh共聚物。BPh/6PEN- BAPh固化物在氮气和空气氛围中的起始分解温度,5%质量损失温度以及800 oC时的残碳率均较单一的6PEN-BAPh的树脂的相关参数有了很大的提高。与此同时,BPh/6PEN-BAPh的加工温度窗较之BPh增加了30oC左右。此种材料具有良好的热及热氧稳定性,而且也具有较大的加工温度窗,这就为丰富和发展双邻苯二甲腈体系提出了新的技术路线。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 双邻苯二甲腈树脂的结构、固化机理与性能  12-22
    1.2.1 双邻苯二甲腈树脂的结构  12-13
    1.2.2 双邻苯二甲腈的固化反应机理  13-18
    1.2.3 双邻苯二甲腈树脂的性能及特点  18-21
      1.2.3.1 加工性能  18
      1.2.3.2 耐高温性能  18-19
      1.2.3.3 力学性能  19
      1.2.3.4 导电性  19-21
    1.2.4 邻苯二甲腈树脂复合材料的研究现状  21-22
  1.3 本课题的研究意义、目的和主要内容  22-24
    1.3.1 本课题的研究意义和目的  22-23
    1.3.2 本课题研究的主要内容  23-24
第二章联苯型双邻苯二甲腈的固化反应与性能研究  24-42
  2.1 引言  24
  2.2 实验部分  24-27
    2.2.1 主要实验试剂  24
    2.2.2 表征仪器  24-25
    2.2.3 BPh 的合成  25-26
    2.2.4 BPh 预聚物的制备  26
    2.2.5 BPh 固化物的热处理过程  26-27
  2.3 结果与讨论  27-41
    2.3.1 催化剂对 BPh 固化反应的影响  27-31
    2.3.2 BPh 与芳香族二元胺的交联固化行为  31-37
      2.3.2.1 BPh 单体结构及其固化物的红外光谱表征  31-32
      2.3.2.2 交联剂 BDB 的含量对 BPh 固化反应速率的影响  32-33
      2.3.2.3 交联剂 BDB 的含量对 BPh 固化物热稳定性的影响  33-35
      2.3.2.4 不同种类的交联剂对 BPh 固化反应的影响  35-37
    2.3.3 对 BPh 的固化反应过程的动态流变学研究  37-40
    2.3.4 BPh 的光学织构  40-41
  2.4 本章小节  41-42
第三章含芳醚腈链段的双邻苯二甲腈树脂的合成与性能研究  42-60
  3.1 引言  42
  3.2 实验部分  42-45
    3.2.1 主要实验试剂  42
    3.2.2 表征仪器  42-43
    3.2.3 含芳醚腈链段的双邻苯二甲腈(nPEN-BAPh）的合成  43-44
    3.2.4 nPEN-BAPh 预聚物的制备  44-45
    3.2.5 固化物的热处理过程  45
  3.3 结果与讨论  45-58
    3.3.1 nPEN-BAPh 结构的研究  45-49
      3.3.1.1 nPEN-BAPh 的 NMR 表征  45-47
      3.3.1.2 nPEN-BAPh 的FTIR 表征  47-48
      3.3.1.3 nPEN-BAPh 的DSC 表征  48-49
    3.3.2 对nPEN-BAPh 固化过程的研究  49-55
      3.3.2.1 nPEN-BAPh 的DSC 表征  49-50
      3.3.2.2 对2PEN-BAPh的预聚物及固化物的FTIR表征  50-51
      3.3.2.3 nPEN-BAPh 预聚物的动态流变特性  51-53
      3.3.2.4 nPEN-BAPh 预聚物及固化物的TGA 表征  53-55
    3.3.3 含芳醚腈链段的双邻苯二甲腈固化物热稳定性研究  55-58
  3.4 本章小节  58-60
第四章 BPh/nPEN- BAPh共聚物的初步研究  60-68
  4.1 引言  60
  4.2 实验部分  60-62
    4.2.1 主要实验试剂  60-61
    4.2.2 表征仪器  61
    4.2.3 实验方法  61
    4.2.4 固化物的热处理过程  61-62
  4.3 结果与讨论  62-66
    4.3.1 BPh/nPEN- BAPh 低分子共聚物的DSC 表征  62-63
    4.3.2 BPh/nPEN- BAPh 固化物的热稳定性  63-66
  4.4 本章小节  66-68
第五章结论  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
攻硕期间的研究成果  74-75

新型双邻苯二甲腈树脂的合成与性能研究

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