氰酸酯/苯并噁嗪和氰酸酯/超支化苯并噁嗪共混树脂的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhou414663000
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氰酸酯树脂(CE)作为一种高性能树脂,被广泛应用于航空航天复合结构材料。但氰酸酯树脂的固化温度高、脆性大,因此,如何降低固化温度、提高韧性一直是本领域本领域关注的问题。本文使用苯酚-糠胺基苯并噁嗪(K-a)、苯酚-苯胺基苯并噁嗪(P-a)和超支化苯并噁嗪作为改性剂,通过共聚方式对氰酸酯树脂进行改性。利用差示扫描量热仪(DSC)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)研究氰酸酯/苯并噁嗪、氰酸酯/超支化苯并噁嗪树脂体系的固化行为及固化反应动力学,通过DSC、热重分析仪(TGA)、万能材料试验机、冲击试验机和扫描电子显微镜(SEM)对上述树脂体系的热稳定性、力学性能和断裂形貌进行了研究。在氰酸酯/苯并噁嗪树脂体系中,K-a和P-a能够在较低温度下发生开环交联,产生大量的酚羟基,因而促进了氰酸酯树脂在低温下交联。当K-a添加量为7%(质量分数,以下同)时,固化温度下降68℃。通过三种动力学模型计算了各体系的表观活化能,K-a体系的表观活化能更低,为63.88 k J/mol。随着K-a和P-a含量的增加,树脂体系的玻璃化转变温度(Tg)和热稳定性逐渐下降,但力学性能有所提高。其中,Tg下降了7~68℃,重量损失5%时的热分解温度(T5)下降12~52℃,800°C时的残炭率(Yc)下降0.7~2.6%。但K-a和P-a的加入能够提升树脂体系的弯曲性能和冲击性能,在K-a的添加量为5%时,弯曲强度由纯氰酸酯树脂的91 MPa提升到124 MPa;在P-a含量为7%时,冲击强度与纯氰酸酯树脂相比提高了1.4倍。以4,4’,4’’-三羟基三甲苯-聚醚胺基超支化苯并噁嗪(HJB)、1,1,1-三对羟基苯基乙烷-聚醚胺基超支化苯并噁嗪(HYB)和对苯二酚-聚醚胺基超支化苯并噁嗪(HDB)为改性剂,研究了超支化苯并噁嗪聚合物对氰酸酯树脂固化行为、固化反应动力学和性能的影响。借助于超支化苯并噁嗪拥有大量的末端活性基团,促进氰酸酯树脂在更低的温度下发生交联固化,在超支化苯并噁嗪添加量为7%时,固化峰温降低了43~93℃。HYB超支化苯并噁嗪分子末端拥有相对较多酚羟基,所以加入HYB体系的表观活化能最低,HJB次之,加入HDB体系的表观活化能最高。由于超支化苯并噁嗪含有较多的长链烷氧基,使得共聚物的热性能有一定程度的降低,Tg、T5和Yc值分别下降了2~46℃、11~51℃和0.6~2.7%。基于超支化苯并噁嗪含有丰富的纳米空腔,共聚物的力学性能有极大的改善。其中,在HYB添加量为5%和7%时,材料的弯曲强度和冲击强度分别为135 MPa和50.8 k J/m2,比纯氰酸酯提升了48.3%和1.7倍,其综合性能优于苯并噁嗪单体共聚体系。
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