雙馬來酰亞胺及聚芳醚酮改性環(huán)氧樹脂的研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的綜合性能，可廣泛應用于電子電器和航空航天等領域。但環(huán)氧樹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)氧樹脂的應用空間，人們開展了大量的研究工作，以期使環(huán)氧樹脂成為一種性能更優(yōu)異的基礎樹脂。本文綜述了目前國內外環(huán)氧樹脂增韌改性及耐高溫改性的方法和機理，在此基礎上提出用合成的四官能側鏈雙馬來酰亞胺改性環(huán)氧樹脂，用雙馬來酰亞胺擴鏈尼龍6(PA6)改性環(huán)氧樹脂，用聚芳醚酮(PEK-C)和雙馬來酰亞胺共同改性環(huán)

2、氧樹脂。主要的研究內容和結論如下：
　　 1、合成了兩種側鏈雙馬來酰亞胺，其中，Ⅰ型側鏈雙馬來酰亞胺的起始熔融溫度在64℃，與固化反應始溫之間差距有79℃，Ⅱ型側鏈雙馬來酰亞胺的起始熔融溫度在91℃，與固化反應始溫之間差距有54℃，兩種側鏈雙馬來酰亞胺都有良好的成型工藝性。Ⅰ型側鏈雙馬來酰亞胺固化物失重率5％時的溫度為399℃，Ⅱ型側鏈雙馬來酰亞胺固化物失重率5%時的溫度為350℃，說明側鏈雙馬來酰亞胺的熱穩(wěn)定性能優(yōu)良。用合成的

3、Ⅰ型側鏈雙馬來酰亞胺改性環(huán)氧樹脂/DDM體系，用DMA測試雙馬來酰亞胺/環(huán)氧樹脂/DDM固化物的動態(tài)力學性能，側鏈雙馬來酰亞胺的含量增大，固化物的Tg升高，損耗模量的峰溫增大，Tg峰變寬，說明側鏈雙馬來酰亞胺可以用作環(huán)氧樹脂的耐熱改性劑。TG-DTG測試也表明環(huán)氧樹脂固化物的熱穩(wěn)定性能提高。側鏈雙馬來酰亞胺提高了環(huán)氧樹脂/DDM固化物的拉伸強度，但固化物的斷裂伸長率卻下降了，所以在選用側鏈雙馬來酰亞胺提高環(huán)氧樹脂的耐熱性時需要注意改進體

4、系的韌性。
　　 2、用雙馬來酰亞胺預聚粉與PA6熔融反應制備成擴鏈PA6粉末，實驗表明，熔融擴鏈過程工藝條件簡單，擴鏈后的PA6分子大部分仍然為線形結構。雙馬來酰亞胺擴鏈PA6的熔點從原來的224℃分別降低到222℃和221℃，擴鏈后PA6的高溫熱穩(wěn)定性能提高。用擴鏈PA6對環(huán)氧樹脂/DDM體系進行增韌改性，改性環(huán)氧樹脂固化物的破壞斷面為典型的韌性斷口特征，擴鏈PA6與環(huán)氧樹脂基體結合緊密，兩者的相界面有較強的結合力。高溫固化

5、樣品中擴鏈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，說明低溫固化時基本沒有增韌效果。
　　 3、采用熱熔法用PEK-C增韌改性環(huán)氧樹脂/DDM體系及環(huán)氧樹脂/酸酐體系，預聚物的凝膠時間表明PEK-C/環(huán)氧樹脂/DDM體系在100℃時仍有約40min的可操作時間，說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，說明PEK-C與環(huán)氧樹脂/DDM固化體系及

6、環(huán)氧樹脂/酸酐固化體系都有很好的相容性，可作為環(huán)氧樹脂/DDM體系及環(huán)氧樹脂/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℃以上的高溫熱穩(wěn)定性能變差。
　　 4、雙馬來酰亞胺和聚芳醚酮共同改性環(huán)氧樹脂形成共聚、共混體系，實驗中加入10%的雙馬來酰亞胺和不同含量的聚芳醚酮改性環(huán)氧樹脂/DDM體系。用DSC測試了PEK-C/環(huán)氧樹脂/雙馬來酰亞胺/DDM體系的固化動力學參數(shù)，確定了改性環(huán)氧樹脂體系的固化工

7、藝參數(shù)，該體系在70℃左右開始固化，在120℃左右固化反應速率最快，在220℃左右固化反應基本結束，結合DSC分析結果與實際操作，最終制定改性環(huán)氧樹脂體系的固化工藝制度為：80℃/th+150℃/3h+220℃/2h。依據(jù)DSC測試分析結果，用Kissinger方程求得改性體系固化反應的表觀活化能△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)氧樹脂固化體系的表觀活化能。由Kissinger法求得該體系的固化動力學方程為：dα/dt=1.18×108exp(-8120/T)(1-α)0.93。DMA測試表明，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，說明PEK-C與雙馬來酰亞胺/環(huán)氧樹脂/DDM固化體系有良好的相容性，可作為雙馬來酰亞胺/環(huán)氧樹脂/DDM體系的耐熱改性劑。同時，10%的雙馬來酰亞胺也明顯提高了PEK