含苯并噁嗪环腈基树脂泡沫的制备及其应用研究

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高分子基硬质泡沫具有优异的隔热和比强度,在航空航天、国防军工等制造业具有广阔的应用前景。含苯并噁嗪腈基树脂(BZPN)是一种含双官能团种类的热固性高分子,独特的分子结构一方面赋予其良好的加工性能,另一方面给予其固化物优异的物理化学性能。BZPN固化时间短、固化温度低、固化物具有耐高温、高强度、高模量、抗腐蚀、自阻燃的性能,因此有望是制备高性能硬质泡沫的优良基体。基于此,BZPN作为耐高温阻燃型硬质多孔泡沫的基体具有很大的潜在优势。本文以双官能团含苯并噁嗪腈基树脂(BZPN)为高分子基体,以偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,以Tween-80为泡沫稳定剂,开展BZPN泡沫制备及应用研究。首先,通过将不同含量的发泡剂(AC)加入到BZPN中,进行化学发泡,得到了硬质多孔高分子泡沫,研究了AC含量对BZPN泡沫发泡效率,形貌,力学,热学等方面的影响。结果发现双官能团BZPN能自发泡,但发泡效率有限,泡沫的表面凹凸不平。加入AC后,其压缩强度和泡孔均匀性更加优异,故使用AC有助于提高发泡效率和均匀泡孔结构。另外,AC在整个体系中可做为固化剂使用。BZPN泡沫的压缩性能在很大程度上取决于泡孔结构而不是密度。BZPN泡沫具有优异的热稳定性,所得泡沫的T5%、Tmax和Cr分别高于370°C、400°C和60%。其次,研究了发泡工艺参数对BZPN泡沫泡孔结构、机械和热性能的影响。结果发现,BZPN泡沫前体的适宜发泡温度低于180℃。BZPN泡沫的结构、力学性能远远优于第二章所制备的泡沫。BZPN泡沫在压缩试验中具有分级断裂机制,其抗压强度可达6 MPa以上。在380℃以上的燃烧试验中,BZPN泡沫没有出现明显的软化和熔滴现象,保持了良好的宏观结构。最后,研究了煅烧温度对硬质多孔BZPN泡沫的影响以及BZPN泡沫在高温下的分解机理和产物。结果发现硬质多孔BZPN泡沫在高温下的分解分为三个阶段,第一阶段(200-400℃):一些未反应的氰基脱离主链、以及异吲哚和酞菁环中的弱键断裂,生成少量NH3、HCNO、CH4等;第二阶段(400-800℃):杂环化合物开环和苯环分解,生成的苯氧基自由基会降低苯环的稳定性,破坏树脂的骨架,并释放出CO、CO2等气体,同时,苯环分解释放CH4。第三阶段(800-1000℃):杂环和腺嘌呤结构的断裂导致产生了许多的芳香碎片,直至形成芳香石墨阵列。
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