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随着航空航天、微电子等工业的飞速发展,人们对耐高温材料有着越来越迫切地需求。聚酰亚胺具有优异的热性能、机械性能、耐辐射性能以及介电性能等,在耐高温材料中占有很重要的地位。热塑性聚酰亚胺工程塑料和热固性聚酰亚胺树脂基复合材料广泛应用于各高新技术领域。但是,聚酰亚胺存在成型工艺较差的问题,在不牺牲耐热等级和力学性能的前提下提高其工艺性,实现工艺性和材料性能的统一是尚待解决的难题。本论文结合2-苯基-4,4-二氨基二苯醚(p-ODA)和异构二酐在聚酰亚胺加工成型方面的优势,合成了以p-ODA、异构二苯醚二酐(ODPA)和异构联苯二酐(BPDA)为基础的热塑性聚酰亚胺和苯乙炔基封端的热固性聚酰亚胺树脂,同时制备了热固性树脂基复合材料,系统表征了各种聚酰亚胺材料的性能,分析了其结构和性能的关系。通过本论文得出了以下主要结论: 1.基于p-ODA的热塑性聚酰亚胺 采用传统的一步法或两步法,合成了基于p-ODA和异构二酐(ODPA、BPDA)的六种热塑性聚酰亚胺,其性能如下:(1)除3,3-BPDA/p-ODA聚酰亚胺薄膜韧性较差外,其余聚酰亚胺都能成柔韧薄膜;(2)基于p-ODA的聚酰亚胺在具有较高的玻璃化温度、热稳定性和机械性能的同时,在有机溶剂中具有良好的溶解性;(3)3,4-BPDA/p-ODA聚酰亚胺具有最优的综合性能,其玻璃化转变温度(Tg)为292℃,5%热失重温度(T5%)为556℃,薄膜断裂伸长率为10%。 2.以p-ODA和ODPA为基础的热固性聚酰亚胺树脂及其复合材料 以2-苯基-4,4-二氨基二苯醚(p-ODA)和异构ODPA为单体,苯乙炔基苯酐(PEPA)为封端剂,通过两步法合成了聚合度分别为1,2和3的聚酰亚胺树脂,并通过模压成型的方式制备了单向碳纤维增强的聚酰亚胺复合材料,表征了树脂的溶解性、工艺性及其固化物的热性能。研究结果表明:(1)聚酰亚胺树脂具有良好的溶解性,在二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋喃及二氧六环等溶剂中的溶解度大于30%;(2)所有树脂的最低熔体黏度均在8Pas以下,显示出良好的成型工艺性;(3)聚酰亚胺树脂固化物具有良好的热性能,Tg最高可达300℃,T5%最高可达545℃;(4)碳纤维增强复合材料PIC-4,4-ODPA-2具有最好的高低温力学性能。 3.以p-ODA和BPDA为基础的热固性聚酰亚胺树脂及其复合材料 以p-ODA和异构BPDA为基础,通过两步法合成了聚合度为1,2和3的苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂,表征了树脂的溶解性、工艺性及其固化物的热性能。采用湿法预浸料工艺制备了聚酰亚胺树脂基复合材料,分析了材料结构和性能的关系。所得到结果表明:(1)3,4-位和3,3-位树脂具有良好的溶解性,在低沸点溶剂如四氢呋喃、二氧六环等中的溶解度>30%,满足湿法制备预浸料的工艺技术要求。4,4-位树脂低聚物由于对称性较高,室温只在二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮等溶剂中可溶;(2)低聚物树脂具有良好的流动性,最低熔体黏度均在19Pa.s以下,个别最低熔体黏度只有0.38Pa.s,完全满足模压制备复合材料的成型工艺性要求;(3)固化后树脂的Tg范围在321℃-367℃之间,在分子量相同的情况下,Tg主要呈现PI-4,4-BPDA>PI-3,4-BPDA>PI-3,3-BPDA的趋势;(4)固化后树脂的T5%最高可达550℃,具有优异的热稳定性。基于相同分子量的不同异构二酐的树脂的T5%比较接近,没有明显差异;(5)基于p-ODA的联苯型聚酰亚胺复合材料具有优异的高低温力学性能,碳纤维增强复合材料PIC-3,4-BPDA-2具有最佳的综合性能。