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随着航空航天技术的发展,人们对材料性能的要求越来越高。先进树脂基复合材料(APC)以其所特有的高比强度、密度小、易于成型加工等性质,在航空航天领域已得到广泛的应用。在众多APC基体树脂中,双马来酰亚胺(BMI)树脂既具有类似环氧树脂优良的加工工艺性能,又表现出接近聚酰亚胺的耐热性,被广泛用于制造航空航天飞行器的结构材料。但是,由于BMI具有熔点高,固化物脆性大等缺点,因此BMI树脂的改性研究成为近年来热点领域。本论文对BMI树脂的改性进行了深入的研究。
制备炔丙基醚化双酚A(PBPA)和炔丙基醚化双酚A型酚醛树脂(PBPN),并将其用作双马来酰亚胺树脂的改性剂,结果表明共聚树脂显示出优良的固化工艺性和高温力学性能。
系统研究共聚改性双马来酰亚胺树脂的结构与性能的关系,通过对PBPA、PBPN和烯丙基醚化双酚A(ABPA)和烯丙基醚化双酚A酚醛树脂(ABPN)四种改性剂共聚改性BMI树脂的研究,得到了改性剂的官能团、主体结构和含量对共聚树脂固化行为以及耐热性能的影响规律。
在烯丙基醚化线性酚醛树脂(AN)共聚改性双马来酰亚胺树脂基础上,通过Claisen重排反应制备了烯丙基线性酚醛树脂(Rearranged AllylNovolac,RAN)。RAN与BMI树脂形成的共聚树脂具有更为优良的热氧稳定性,且树脂的石英布复合材料力学性能明显改善。
为从根本上克服共聚改性BMI树脂的缺点,合成了一种新型的马来酰亚胺单体----4-烯丙氧基苯基马来酰亚胺(4-APM),其特点是分子上同时带有马来酰亚胺基和烯丙基两种官能团,4-APM在加热条件下可以进行交联聚合反应。与烯丙基化合物共聚改性BMI树脂相比,该树脂单体的熔点较低,仅102℃,因而具有更宽的加工窗口。另外,该固化树脂具有优良的热稳定性,玻璃化转变温度为322℃,高于烯丙基化合物共聚改性BMI树脂。4-APM石英布复合材料不仅具有优良的室温力学性能,在300℃时力学性能保留率高于60%,其耐温等级高于相应的共聚改性双马树脂复合材料。
首次设计合成了一类新型的马来酰亚胺单体,在单体上同时带有炔丙基和马来酰亚胺基两种官能团,此类单体包括2-炔丙氧基苯基马来酰亚胺(2-PPM)、3-炔丙氧基苯基马来酰亚胺(3-PPM)和4-炔丙氧基苯基马来酰亚胺(4-PPM)三种不同结构的单体。研究发现此类单体具有较低的熔点,分别为118℃、85℃和122℃,因而具有很宽的加工窗口。单体固化后的浇铸体具有优良的热稳定性,极高的玻璃化转变温度,分别为386℃、373℃和387℃。以4-PPM为例,所制备的石英布复合材料在350℃依然具有很高的力学性能保留率。以上结果表明此类单体有望在先进耐高温复合材料领域得到应用。