论文部分内容阅读
多孔材料是指具有大量小孔及高表面积的一类材料，在催化剂及其载体、吸附或分离、气体储存和离子交换等多种领域具有广泛应用。而有机多孔材料由于其轻质、可设计性强、易于功能化等多种特性，受到了格外关注。 耐高温聚合物及其复合材料，由于其低密度、高比强度、高比模量等优异的特性，近些年已经在航空航天、电子、船舶等领域得到了广泛认可与应用。值得一提的是，由于具有大量刚性芳香环、芳杂环结构，氰基聚合物体系表现出极佳的耐热性、化学稳定性、突出的力学性能、烧蚀性能及低吸湿性等优势，在耐高温聚合物材料领域将扮演更为突出的角色。针对航空航天热防护复合材料的轻量化、高强化需求，结构-功能一体化理念成为相应材料设计的发展趋势。为此，向耐高温聚合物基体中引入多孔结构，成为有效降低复合材料密度、提供丰富功能性的潜在路线。 本论文以具有优异综合性能的氰基聚合物为基础，发展具有微纳多孔结构的耐高温聚合物体系，并进行相应复合材料的构建;通过研究不同多孔氰基聚合物的制备路线，掌握孔结构的形成机制及调节手段，并探索该多孔聚合物体系在航空航天复合材料领域的应用前景。具体工作主要分为以下三部分: 1、采用分子自组装法制备具有微孔和介孔的多孔三嗪骨架材料(CTF)。通过化学结构、晶体结构表征与计算和阐明了CTF骨架结构的演变以及孔的形成。结果表明，三嗪类聚合物的建立是在一水合对甲苯磺酸(TsOH·H2O)催化下在相对较低的温度下完成的。且不纯化学结构、有限微晶排列导致的弱结晶度、低孔隙率，可在较高温度下处理时优化与重组，实现孔隙性能的显著提高。最终得到CTF-1@500多孔骨架材料，比表面积达535m2/g，室温下CO2吸附量为1.5mmol/g。 2、采用软模板自组装法，利用热固性酚醛型邻苯二甲腈聚合物PN与热塑性致孔剂PEG间的固化反应诱导相分离制备具有微纳多孔结构的氰基树脂。研究获得了致孔剂分子量、用量等因素对相分离过程及孔结构的影响规律，并通过微纳多孔显著提升了氰基聚合物的综合性能。以该氰基树脂为基体，进行微纳多孔复合材料的制备;在降低复合材料密度8.9％的同时基本保持了其原有力学性能，弯曲强度均大于479MPa。 3、为进一步优化多孔复合材料的综合性能，对致孔剂PEG与PN树脂的相互作用进行了深入表征与分析。研究表明，热诱导相分离与反应诱导相分离的协同可有效调节树脂体系的相分离过程，获得具有连续孔道结构的树脂固化物，有利于体系中致孔剂PEG的分解与释放。PN/PEG-15％体系PEG分解率由47.3％提高至99.3％。将该优化后树脂用于复合材料制备，成功获得了具有连续孔道的多孔氰基聚合物增强复合材料;该孔结构可显著改善多孔复合材料的综合性能玻璃化转变温度均大于370℃。