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航空航天、电子电气等高科技领域的飞速发展对综合性能(耐热等级、机械强度及加工性能等)优异的高分子材料需求越来越大。越来越多的耐高温聚合物以复合材料基体树脂、胶黏剂、密封剂等形式得到应用。其中,邻苯二甲腈树脂具有优异的耐高温性能和良好的力学性能,是一种耐温等级超过300℃,可以和聚酰亚胺媲美的热固性树脂体系。但是,邻苯二甲腈树脂体系也存在一些不足,树脂熔融温度较高(＞200℃),导致加工窗口较窄,降低树脂的熔融温度往往影响热性能。如何改善邻苯二甲腈树脂体系的加工性能,又保持其耐高温特性不仅在科学研究上,而且在工程应用上具有一定的意义。本论文即在此方面进行了一些研究。
制备了芳醚型邻苯二甲腈单体/二元胺树脂体系(mPN)。研究了催化剂的类型和添加量,固化氛围及固化温度等对热性能的影响。对树脂的加工性能以及高强玻璃布增强复合材料的力学性能进行了评价。发现该树脂体系具有优异的热性能、热氧稳定性能和高温力学性能。熔体加工性较好,但熔点较高(185℃),溶解性差。
以降低单体熔点,不用外加催化剂为目的,设计合成了一系列含有氨基的芳醚型及酰亚胺型自催化单体。其中对位芳醚单体2p具有较低熔点(130℃),相比于mPN体系,加工窗口拓宽,加工性能改善。研究了氨基位置的不同对单体熔点、固化行为及固化物热性能的影响。还研究了酰亚胺基团的引入对性能的影响。自催化单体固化后具有优于mPN体系的热性能。但固化后无法得到致密浇铸体。
为了克服自催化单体无法制备致密树脂浇铸体的缺点,兼顾2p与mPN单体的特点,开发了一种具有较低熔融温度(139-163℃)且固化物致密的新型树脂体系-SPN10。并对该树脂体系的加工性能、固化物结构、热性能、介电性能以及粘接性能等进行了研究,还对高强玻璃布增强SPN10复合材料的室温及高温力学性能进行了研究。研究表明该树脂体系保持了邻苯二甲腈树脂优异的热性能及力学性能。
为了进一步改善SPN10体系的熔体加工性能,利用反应稀释剂改性法,制备了可在140-150℃保持低粘度(＜1Pa·s)超过4小时的树脂体系-DPN,并对DPN的热性能及RTM成型复合材料的室温及高温力学性能进行了初步研究。研究表明活性稀释剂参与了交联固化反应,固化物具有和SPN10体系相同的热性能。
为了克服反应稀释剂改性法在储存及工程应用过程中的缺点,借鉴分子不对称性及多组分混合能够降低熔点的思路,本征结构改性SPN10,制备了可在140-150℃维持熔体稳定(＜1Pa·s)接近10个小时的树脂体系-APN10,并对该体系的固化行为及固化结构、热性能(包括长期热氧老化性能)、介电性能,粘接性能及纯树脂力学性能等进行了研究,此外还研究了碳纤维和石英纤维增强复合材料的室温和高温力学性能。该树脂体系既具有出色的加工性能,又具有优异的耐高温性能及力学性能,还具有出色的介电性能和高温粘接性能。
以邻苯二甲腈树脂在惰性气氛下具有较高的残重率为出发点,首次探索研究其作为烧蚀材料的可行性。小发动机高状态烧蚀实验证明邻苯二甲腈树脂(SPN10)具有和传统烧蚀材料.酚醛树脂相近的烧蚀性能。为了探求邻苯二甲腈树脂体系具有优异烧蚀性能的机理,从600℃-2300℃选择五个处理温度,对比研究了SPN10及酚醛树脂不同温度处理后的残重率、元素组成及石墨化程度,并对两种树脂体系的高温热氧稳定性进行了评价。结合邻苯二甲腈树脂具有优异的高温力学性能,该树脂体系有望作为结构.烧蚀一体化材料进行使用。