含金刚烷结构高性能树脂的合成与性能

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本论文通过分子结构设计合成出了两种新型的带金刚烷基团的环氧树脂和双邻苯二甲腈树脂,并对其分子结构和固化物的性能进行了表征。通过FT-IR.NMR.MS.元素分析EA等表征手段证明我们成功地合成出了1,3-二(4-羟基苯基)金刚烷二缩水甘油醚(DGEBAD)和1,3-二(4-羟基苯基)金刚烷双邻苯二甲腈树脂(ABPh),总产率分别为53.6%和49.1%。通过盐酸-丙酮法测定了DGEBAD的环氧值为0.39-0.41;旋转流变仪测试了DGEBAD的流变性;并采用DSC法确定了DGEBAD/DDM的固化工艺100℃/1h+150℃/3h+180℃/2h.对DGEBAD/DDM和E51/DDM的固化物分别进行了热失重测试、动态热机械性能测试、吸水率测试和介电常数测试,发现在引入了金刚烷结构后固化物的热稳定性和Tg都有所提高,Td10=411℃,Tg=163.2℃; DGEBAD树脂固化物的吸水率为1.01%,和DGEBA树脂相比降低了47.4%;DGEBAD树脂固化物的介电常数在f=10MHz时为4.17,与DGEBA树脂相比降低了12.4%。对金刚烷型的双邻苯二甲腈树脂ABPh进行了DSC表征,发现其熔点为188.4℃,与反应温度之间相差50-60℃,显著地加宽了ABPh树脂的加工窗口,从而改善了其加工性能。ABPh树脂中在加入了3.wt%DDM后,固化速度明显变快,在200℃时凝胶时间仅需要11min;固化物ABPh/3wt%DDM的Tg为364℃,热分解5%的温度为490℃,且在1000℃中炭化后的残炭率为71.2%。ABPh树脂与玻璃纤维采用湿法和干法结合的工艺制备了预浸料,在热压板下加工成型,得到的玻纤层压板的Tg能达到405℃,吸水率仅为1.2%,在酸、碱、乙醇和甲苯中的耐腐蚀性优异。ABPh树脂的固化物经不同温度炭化后,样品的电导率逐渐增大,由绝缘体向导体转变,在800℃C以上时,电导率接近于金属。这主要与固化物中的共轭大环结构有关。通过对DGEBAD树脂和ABPh树脂固化物的性能测试,发现在引入了金刚烷基团后,都有很大程度的提高,这主要是因为金刚烷的刚性和疏水性以及极度对称的全脂环结构赋予了其在聚合物中所带来的优异性能。
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