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氰酸酯树脂(Cyanate ester resin,CE)是综合性能较优异的热固性树脂。因结构中三嗪环的存在,其具有良好的热稳定性能、耐水性能、耐磨性能和介电性能;另外,由于CE成型工艺简单,现已广泛应用于航空航天、电子和印刷等领域。但是三嗪环交联密度大,结晶度高,在外力作用下,存在脆性大、韧性不足的缺点。为了使CE能够满足航空航天领域对于高性能材料的要求,因此在提高CE力学性能的基础上,同时保持并增强其稳定性能、耐水性能、耐磨性能和介电性能已成为改性CE的研究重点和发展方向。本研究制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/CE、纳米粒子/CE和表面接枝PMMA的纳米氧化钕(Nd2O3)/PMMA/CE改性体系,通过对其进行力学性能测试、扫描电镜(SEM)分析、傅里叶红外分析(FTIR)、动态力学分析(DMA)、差热分析(DSC)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)等,得出以下实验结果:(1)PMMA预聚体对CE力学性能和表面形貌有较大影响。在-0.085 MPa下,抽真空时间75 min,PMMA预聚体添加量为15wt%,分子量为60×104,制备的PMMA/CE力学性能最佳,其拉伸强度为54.48 MPa,弯曲强度为189.29 MPa,冲击强度为16.98 k J/m2,与纯CE相比,分别提高了35.32%,64.29%和85.37%。其中分子量为60×104的PMMA预聚体的制备工艺如下:引发剂BPO的添加量为0.1wt%,聚合温度85~90℃。(2)PMMA/CE表征结果显示:线性PMMA分子以化学键形式与网状CE键合、交联,串联在CE基体中,形成了半互穿网络结构,增加了PMMA/CE的储能模量,降低了其损耗模量和放热峰温度,增强了固化反应的可控性。(3)通过表面改性纳米Nd2O3的结构和晶型的表征分析得:PMMA成功接枝到纳米粒子表面,且生成了具有无机核-有机壳结构,未改变纳米粒子的原有晶型,实现了无机粒子的表面有机化,降低了纳米粒子的表面能,提高了纳米粒子的分散性。(4)纳米Nd2O3作为CE的改性剂,制备了Nd2O3/CE、KH-560修饰的纳米Nd2O3/CE、表面接枝PMMA的纳米Nd2O3/CE、表面接枝PMMA的纳米Nd2O3/PMMA/CE多元复合材料。通过对四个体系的力学性能测试得出:表面接枝PMMA的纳米Nd2O3添加量为4wt%,表面接枝PMMA的纳米Nd2O3/PMMA/CE力学性能最佳,其冲击强度和弯曲强度分别为15.64 k J/m2和150.23 MPa。(5)由TEM、DSC等表征显示:表面接枝PMMA的纳米Nd2O3增强了无机粒子与有机聚合物的界面作用,提高了纳米Nd2O3和CE基体间的界面相容性,且未改变CE固化反应机理。(6)性能测试显示:纯CE的热分解温度为365.92℃,吸水率在1.2%,摩擦系数为0.46,介电常数为2.4,介电损耗为0.0118;PMMA/CE的热分解温度为354.54℃,吸水率0.92%,摩擦系数为0.34,介电常数为4.5,介电损耗为0.00761;表面接枝PMMA的纳米粒子/PMMA/CE的热分解温度为357.75℃,吸水率0.8%,摩擦系数为0.26,介电常数为5.4,介电损耗为0.00524。与纯CE相比,PMMA/CE、表面接枝PMMA的纳米Nd2O3/PMMA/CE的热稳定性能基本不变,耐水性能和耐磨性能提高,同时介电常数增大,介电损耗减小。(7)结果显示,表面接枝PMMA的纳米Nd2O3/PMMA/CE的力学性能显著提高,热稳定性能得到保持,其耐水性能、耐磨性能和介电性能得到增强。其介电性能的提高,将促进其在隐身材料领域的应用,进一步拓宽CE应用领域。