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芳香聚酰亚胺由于其优异的物理和机械性能而在航空航天、空间技术等高技术领域占据十分重要的地位。长期以来人们一直致力于改善聚酰亚胺的加工性能,提高材料的耐热性能和机械性能,以满足高技术领域对大批量、低成本、高品质聚酰亚胺材料的需求。树脂传递模塑成型(RTM)工艺是一种高效的低成本复合材料加工工艺,近年来已被研究应用于多种基体树脂和纤维增强体系中。通过20多年的研究,人们已经发展出数种适用于RTM成型的苯乙炔基封端聚酰亚胺。近年来航空航天领域的迅速发展对RTM成型的聚酰亚胺提出了更高的要求,如何在保持材料加工成型性能的同时进一步提高这类材料的耐热性能,丰富材料的功能性能成为目前研究的重点。本论文通过分子结构设计合成制备了多系列不同分子量的苯乙炔基封端的聚酰亚胺基体树脂,并对其性能进行了全面考察,深入研究了聚酰亚胺结构与性能关系,为开发具有更高耐温等级的、满足RTM成型工艺的聚酰亚胺树脂进行了基础研究,研究工作主要分为以下两个部分:
1.为进一步提高聚酰亚胺树脂的耐热性能,在预聚物主链结构中引入刚性较强的3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二胺基-二苯甲烷(TMMDA),采用2,3,3’,4’-联苯四酸二酐(a-BPDA)和苯乙炔苯酐(PEPA)为封端剂合成一系列全芳香结构的聚酰亚胺预聚物树脂,对各树脂的化学结构进行了详细研究,考察了分子量对树脂体系加工性能、热性能和树脂固化后力学性能的影响。在上述体系基础上分别引入不同结构的二酐单体和混合二胺对主链柔顺程度进行调节,通过聚酰亚胺预聚物的制备和研究,考察了预聚物结构与其加工性能、热性能及其固化物热性能之间的关系。
2.使用结构刚性且加工性能更加优良的2,2’-双三氟甲基联苯二胺(TFDB)为二胺,a-BPDA为二酐,通过对一系列不同分子量苯乙炔基封端的聚酰亚胺预聚物的制备及研究,对材料进行了初步筛选。通过引入不同混合二胺对分子主链进行化学修饰,调节分子结构对称性,寻找聚合物分子链结构对其性能影响规律,筛选得到综合性能最佳的预聚物体系。