论文部分内容阅读
马来酰亚胺（MI）是聚酰亚胺树脂体系的一种,是以马来酰亚胺环为端基的化合物。以其突出的耐热性、化学结构可设计性等优点被普遍认为是最有发展前景的高性能树脂之一。其固化物结构致密、热稳定性和阻燃性好,然而纯马来酰亚胺树脂具有较高的交联密度,分子链刚性强使其呈现出极大的脆性。因此纯马来酰亚胺树脂一般不单独使用,经常与其他材料共混来制备高性能树脂基复合材料。苯并噁嗪树脂是酚醛树脂的一种,它除了具有优良的耐热性能、阻燃性和绝缘性外,还克服了酚醛树脂的尺寸不稳定性和脆性,固化时体积接近于零收缩且无小分子释放,易于制备复合材料。喹喔啉是一种杂环化合物,由一个苯环与一个吡嗪环稠合而成,以其制得的聚喹喔啉、喹喔啉基聚酰亚胺、聚醚、聚酯等聚合物具有高的玻璃化转变温度（Tg）、优良的力学性能和极佳的热稳定性,在聚合物共混以及胶黏剂等领域有着重要的应用。本文首先以喹喔啉伯胺和顺丁二烯二酸酐为原料,通过乙酸酐脱水、乙酸钠催化法制备单官能度（MQMI）、含腈基单官能度（PhQMI）、双官能度（BQMI）和三官能度（TQMI）喹喔啉基马来酰亚胺单体（MI）。通过核磁共振氢谱（1H NMR）和红外光谱（FTIR）表征MI的结构。利用差示扫描量热仪（DSC）研究MI单体的聚合行为。采用Kissinger法、Ozawa法和等转化率法计算不同结构喹喔啉基MI单体固化反应的表观活化能（Ea）。利用热重分析仪（TGA）研究聚合物热稳定性。非等温DSC动力学研究结果表明,马来酰亚胺基团的反应活性与位置有关,MQMI的Ea大于BQMI,说明与喹喔啉环相连的酰亚胺的固化难于与苯环相连的酰亚胺。此外,本文制备的喹喔啉基马来酰亚胺树脂的初始热分解温度与4,4’-二马来酰亚胺基苯甲烷（PBMDM）相当,800℃残炭率（Yc）比PBMDM高5.1%19.1%。其次将制备的MI单体与苯酚-苯胺基苯并噁嗪（P-a）共聚,通过DSC、TGA、动态机械分析仪（DMA）、万能拉力机和扫描电镜（SEM）研究P-a/MI二元共聚物的聚合行为、热性能、热机械性能、力学性能和抗γ射线辐照性能。结果表明,P-a/MI预聚体的固化温度低于纯MI和P-a。二元共聚物体系的玻璃化转变温度（Tg）和热稳定性随MI含量的升高而升高。其中Poly（P-a/TQMI）共聚物体系的Tg最高,Poly（P-a/PhQMI）体系的热稳定性最好。此外,P-a/MI二元共聚物具有优异的抗γ射线辐照性能。然后以2,7-二羟基芴酮（BHK）和双酚A（BPA）共混物为酚源,制备苯并噁嗪封端芴基聚醚酮酮（BPEKK）,研究BPEKK的结构、聚合行为、聚合物热性能和力学性能。结果表明,PBPEKK的Tg和800℃下残炭率随BHK含量的升高而升高,初始热分解温度和韧性随BHK含量的升高而降低。用BHK:BPA=1:4的BPEKK（即BPEKK14）对P-a/MI二元共聚物改性,研究P-a/MI/BPEKK三元共聚物热性能和力学性能随BPEKK含量的变化。该三元共聚物的Tg、热稳定性和力学性能均随BPEKK含量的增加而增加。其中Poly（P-a/TQMI/BPEKK10）体系的热稳定性最好,T5和Yc分别为360℃和53.8%。Poly（P-a/BQMI/BPEKK20）体系的力学性能最好,弯曲强度达到140 MPa。同时BPEKK的加入使共聚物体系的断裂形貌由脆性断裂变为韧性断裂。此外,将氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）、氧化锌（ZnO）和二氧化钛（TiO2）四种纳米颗粒与P-a/MI共混制备P-a/MI/Si3N4（BN、Zn O和TiO2）树脂基纳米复合材料,研究此类复合材料体系的聚合行为、热机械性能、热稳定性、力学性能和抗γ射线辐照性能。结果表明,P-a/MI/Si3N4（BN、ZnO和TiO2）树脂基纳米复合材料体系的Tg随纳米颗粒含量的增加呈先升高后降低的趋势。然而复合材料的热稳定性和韧性随纳米颗粒含量的增加而增加。值得一提的是,Poly（P-a/PhQMI/SN10）体系的Yc高达64.4%,弯曲强度高达145 MPa。通过SEM测试结果表明,P-a/MI树脂基纳米复合材料的断裂形貌由脆性断裂变为韧性断裂。