乙炔基封端液晶改性含硅芳炔树脂及其性能研究

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含硅芳炔树脂具有优异的耐热性能、介电性能和良好的工艺性能,在电子信息和航空航天等高科技领域具有广泛的应用。但是含硅芳炔固化后结构高度交联,树脂韧性不佳,其树脂基复合材料力学性能有待提高。本课题合成乙炔基封端液晶单体(MPBE),将其与含硅芳炔(PSA)共混共聚制备乙炔基封端液晶改性含硅芳炔树脂(PSA/MPBE),以改善含硅芳炔树脂基复合材料的力学性能。  本文以对溴苯甲酸甲酯和甲基丁炔醇为原料,双三苯基磷二氯化钯为催化剂,经过偶合反应、去保护和水解反应、酰氯化和酯化反应合成了一种乙炔基封端的液晶单体(MPBE)。采用1H-NMR、EI-TOF对MPBE进行了结构表征;通过POM观察了MPBE的液晶相行为;通过POM、DSC和XRD研究了MPBE的固化行为,结果表明MPBE熔融后立刻发生聚合反应,并且在反应过程中处于向列相液晶状态,随着固化反应的进行,向列相的结构通过交联反应固定在网络结构中。  用MPBE与PSA共混共聚制备乙炔基封端液晶改性含硅芳炔树脂(PSA/MPBE),通过DSC和FTIR研究了PSA/MPBE树脂的固化动力学和固化机理,得到了PSA/MPBE-Q、PSA/MPBE-15和PSA/MPBE-20树脂的固化动力学模型与固化动力学参数,并结合固化动力学分析和红外跟踪分析结果,确定了PSA/MPBE改性树脂的固化工艺为130℃/2h,150℃/2h,170℃/2h,210℃/2h,250℃/4h。采用裂解气质联用分析了PSA/MPBE-0、PSA/MPBE和MPBE固化后的产物结构,发现在固化反应过程中,树脂主要发生环三聚、加成和Diels-Alder反应。通过POM、XRD、TEM等研究,发现MPBE的加入在PSA/MPBE树脂结构中形成有序刚性棒状结构,在其网络结构中存在有一定量的介晶域。用SEM观察PSA/MPBE树脂的断裂形貌变化,发现MPBE的加入使树脂的断裂形态从典型的脆性断裂转变为微塑性断裂,有明显的贝壳纹路,裂纹具有须状分支,这种形变改变了裂纹扩展方向,增加了基体材料的能量耗散路径,可提高树脂的韧性。但是由于MPBE中酯键的存在,随着MPBE比例的增加,PSA/MPBE改性树脂在氮气下的热分解温度Td5和热解残留率都略有所降低。  最后本文研究了乙炔基封端液晶改性含硅芳炔树脂的工艺性能和复合材料的制备与力学性能,结果显示,MPBE的加入降低了树脂的成型温度,并且使复合材料的弯益强度和弯曲模量都得到一定量的提高。PSA/MPBE-10的弯曲强度为212.2MPa,较含硅芳炔树脂提高了27.3%;弯曲模量为20.2GPa,较含硅芳炔树脂提高了60.3%。
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