论文部分内容阅读
聚邻苯二甲腈树脂是邻苯二甲腈树脂单体通过氰基的加成聚合反应形成的高性能聚合物。氰基基团在活泼氢源下生成以酞菁环、三嗪环为主的芳杂环三维交联网络结构。芳杂环本身属于共轭结构,具有突出的耐温性能,赋予聚邻苯二甲腈树脂优异的热稳定性、热氧稳定性、阻燃性、耐化学腐蚀性和低吸水率,可以做为新型防热耐烧蚀复合材料的基体树脂。目前邻苯二甲腈树脂还存在以下问题:①许多PN单体存在熔点高,加工窗口窄,固化反应速度较低,需要较高的固化温度和较长的固化时间等问题,虽然通过分子结构设计解决了部分问题,但增加了合成难度和成本;②目前的研究主要集中在邻苯二甲腈树脂结构和性能研究,对邻苯二甲腈树脂基复合材料的研究特别是耐烧蚀研究还较少。本课题基于分子结构设计,通过一步简单的亲核取代反应成功合成了双酚F型邻苯二甲腈树脂(BFPH)单体,具有操作简单、容易控制等优点,通过红外光谱(FT-IR)、元素分析仪和质谱(MS)对其进行表征。使用具有优异热稳定性的双4-(3-氨基苯氧基)苯基砜(m-BAPS)作为固化剂引发双酚F型树脂单体聚合。差示扫描量热(DSC)分析测试表明BFPH的熔点为52℃,固化峰顶温度为253℃,具有较宽的加工窗口。通过旋转流变仪测试表明BFPH完全流动温度在120℃,在180℃下凝胶时间为31.1min。采用FT-IR、热失重分析仪(TGA)、万能材料试验机和动态热机械分析仪(DMA)研究BFPH在不同后固化温度下其固化物性能变化,结果表明:随着后固化温度的提高,BFPH固化越来越完全,其固化物的玻璃化转变温度(Tg)、热稳定性、力学性能都有明显提高。阻燃测试表明BFPH固化物的极限氧指数大于45%,垂直燃烧等级为最高的V0等级,烟密度小于20。扫描电镜(SEM)表明BFPH固化物断面光滑,呈脆性断裂。通过溶液法制备BFPH/2.5D碳纤维和酚醛树脂/2.5D碳纤维耐烧蚀复合材料,两种复合材料中树脂质量分数在35%左右,密度在1.4-1.45g/cm3之间,孔隙率低于10%。力学性能测试表明BFPH树脂基复合材料在各项力学性能上均优于酚醛树脂基复合材料,特别是其层间剪切强度(ILSS)比酚醛树脂基复合材料高出107%。BFPH树脂基复合材料的比热容、导热系数、质量烧蚀率和线烧蚀率均低于酚醛树脂基复合材料,说明BFPH树脂基复合材料具有更好的耐烧蚀性能。将BFPH树脂基复合材料进行碳化测试,碳化温度最高为950℃,树脂残炭率在62%左右。