雙馬來(lái)酰亞胺及聚芳醚酮改性環(huán)氧樹(shù)脂的研究.pdf

1、環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)異的綜合性能，可廣泛應(yīng)用于電子電器和航空航天等領(lǐng)域。但環(huán)氧樹(shù)脂固化物的韌性較差，耐高溫濕熱性能差，為了改善這些性能以拓展環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用空間，人們開(kāi)展了大量的研究工作，以期使環(huán)氧樹(shù)脂成為一種性能更優(yōu)異的基礎(chǔ)樹(shù)脂。本文綜述了目前國(guó)內(nèi)外環(huán)氧樹(shù)脂增韌改性及耐高溫改性的方法和機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出用合成的四官能側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺改性環(huán)氧樹(shù)脂，用雙馬來(lái)酰亞胺擴(kuò)鏈尼龍6(PA6)改性環(huán)氧樹(shù)脂，用聚芳醚酮(PEK-C)和雙馬來(lái)酰亞胺共同改性環(huán)

2、氧樹(shù)脂。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1、合成了兩種側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺，其中，Ⅰ型側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺的起始熔融溫度在64℃，與固化反應(yīng)始溫之間差距有79℃，Ⅱ型側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺的起始熔融溫度在91℃，與固化反應(yīng)始溫之間差距有54℃，兩種側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺都有良好的成型工藝性。Ⅰ型側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺固化物失重率5％時(shí)的溫度為399℃，Ⅱ型側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺固化物失重率5%時(shí)的溫度為350℃，說(shuō)明側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺的熱穩(wěn)定性能優(yōu)良。用合成的

3、Ⅰ型側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺改性環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系，用DMA測(cè)試雙馬來(lái)酰亞胺/環(huán)氧樹(shù)脂/DDM固化物的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺的含量增大，固化物的Tg升高，損耗模量的峰溫增大，Tg峰變寬，說(shuō)明側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺可以用作環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱改性劑。TG-DTG測(cè)試也表明環(huán)氧樹(shù)脂固化物的熱穩(wěn)定性能提高。側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺提高了環(huán)氧樹(shù)脂/DDM固化物的拉伸強(qiáng)度，但固化物的斷裂伸長(zhǎng)率卻下降了，所以在選用側(cè)鏈雙馬來(lái)酰亞胺提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性時(shí)需要注意改進(jìn)體

4、系的韌性。
　　 2、用雙馬來(lái)酰亞胺預(yù)聚粉與PA6熔融反應(yīng)制備成擴(kuò)鏈PA6粉末，實(shí)驗(yàn)表明，熔融擴(kuò)鏈過(guò)程工藝條件簡(jiǎn)單，擴(kuò)鏈后的PA6分子大部分仍然為線(xiàn)形結(jié)構(gòu)。雙馬來(lái)酰亞胺擴(kuò)鏈PA6的熔點(diǎn)從原來(lái)的224℃分別降低到222℃和221℃，擴(kuò)鏈后PA6的高溫?zé)岱€(wěn)定性能提高。用擴(kuò)鏈PA6對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系進(jìn)行增韌改性，改性環(huán)氧樹(shù)脂固化物的破壞斷面為典型的韌性斷口特征，擴(kuò)鏈PA6與環(huán)氧樹(shù)脂基體結(jié)合緊密，兩者的相界面有較強(qiáng)的結(jié)合力。高溫固化

5、樣品中擴(kuò)鏈PA6含量增加則固化物的KIC增大，但低溫固化樣品的KIC增加很小，說(shuō)明低溫固化時(shí)基本沒(méi)有增韌效果。
　　 3、采用熱熔法用PEK-C增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系及環(huán)氧樹(shù)脂/酸酐體系，預(yù)聚物的凝膠時(shí)間表明PEK-C/環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系在100℃時(shí)仍有約40min的可操作時(shí)間，說(shuō)明該體系具有一定的工藝可行性。PEK-C的含量增大，固化體系的分相現(xiàn)象越明顯，Tg峰變寬，Tg增大，說(shuō)明PEK-C與環(huán)氧樹(shù)脂/DDM固化體系及

6、環(huán)氧樹(shù)脂/酸酐固化體系都有很好的相容性，可作為環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系及環(huán)氧樹(shù)脂/酸酐體系的耐熱改性劑及增韌改性劑。PEK-C的含量增大，共混物的在300℃以上的高溫?zé)岱€(wěn)定性能變差。
　　 4、雙馬來(lái)酰亞胺和聚芳醚酮共同改性環(huán)氧樹(shù)脂形成共聚、共混體系，實(shí)驗(yàn)中加入10%的雙馬來(lái)酰亞胺和不同含量的聚芳醚酮改性環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系。用DSC測(cè)試了PEK-C/環(huán)氧樹(shù)脂/雙馬來(lái)酰亞胺/DDM體系的固化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，確定了改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化工

7、藝參數(shù)，該體系在70℃左右開(kāi)始固化，在120℃左右固化反應(yīng)速率最快，在220℃左右固化反應(yīng)基本結(jié)束，結(jié)合DSC分析結(jié)果與實(shí)際操作，最終制定改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化工藝制度為：80℃/th+150℃/3h+220℃/2h。依據(jù)DSC測(cè)試分析結(jié)果，用Kissinger方程求得改性體系固化反應(yīng)的表觀活化能△Ea為65.86 kJ/mol，用Ozawa方程求得改性體系固化反應(yīng)的表觀活化能△Ea為69.15kJ/mol，取二者的平均值67.51kJ

8、/mol作為改性環(huán)氧樹(shù)脂固化體系的表觀活化能。由Kissinger法求得該體系的固化動(dòng)力學(xué)方程為：dα/dt=1.18×108exp(-8120/T)(1-α)0.93。DMA測(cè)試表明，PEK-C的含量增加，固化體系的相分離現(xiàn)象越明顯，Tg峰變寬，Tg增大，耐熱性能提高，說(shuō)明PEK-C與雙馬來(lái)酰亞胺/環(huán)氧樹(shù)脂/DDM固化體系有良好的相容性，可作為雙馬來(lái)酰亞胺/環(huán)氧樹(shù)脂/DDM體系的耐熱改性劑。同時(shí)，10%的雙馬來(lái)酰亞胺也明顯提高了PEK