芳香族聚亚胺及其导热复合材料的制备与性能研究

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以亚胺动态共价键为交联点的聚亚胺是一种新型的热固性树脂,室温下具有与传统热固性树脂相当的稳定交联网络,一定条件刺激下可改变交联结构,实现二次成型或降解。但在目前已有报道中,大部分聚亚胺树脂采用脂肪胺或脂肪醛为原料,导致其亚胺键稳定性较差、耐热性能较低、力学性能不够出色且受环境湿度影响较大。为此,本文采用芳香醛和芳香胺为原料制备芳香族聚亚胺,由于芳香族亚胺结构具有更好稳定性,加上芳香结构可极大提高耐热等性能,且所用到的单体憎水性较强,有望从根本上解决吸湿问题。此外,芳香族聚亚胺具有可提高导热性能的刚性棒状结构,有利于提高树脂的热导率。本文通过对芳香族聚亚胺进行深入的研究得出以下结论:(1)采用2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、对苯二甲醛(PPHA)和三[(4-甲酰苯氧基)甲基]乙烷(TFE)为原料,通过控制芳香三醛使用比例分别制备出四种不同交联程度的芳香族聚亚胺。结果表明,该类型聚亚胺均具有优越的耐热性能,5%热失重温度约440℃,玻璃化转变温度随交联度提升可从217℃提高到239℃;力学性能可通过交联度调控,拉伸强度为64.3~92.0MPa,断裂伸长率为6.3~12.0%,吸水率低至约0.15%,吸水后力学性能基本不受影响。此外,芳香族聚亚胺具有出色的化学稳定性,即使在1M HCl中也几乎不发生降解。通过调节溶剂参数增加对树脂亲和性和浸润性,例如在1M HCl/THF溶液中可实现快速、完全降解成可溶性小分子,从而赋予树脂良好的可降解回收性能。(2)采用三[(4-甲酰苯氧基)甲基]乙烷(TFE)和不同结构的芳香族二胺为原料制备出不同种类的芳香族聚亚胺,探索了结构对树脂导热性能的影响规律,筛选出热导率较高以对苯二胺为胺源的聚亚胺基体,并进一步制备了高导热氮化硼/聚亚胺复合材料。初步研究结果表明,氮化硼/聚亚胺复合材料均具有较高热稳定性,5%热失重温度达435℃以上;10~60wt%氮化硼填充量下,法向热导率为0.82~3.33W·m-1·K-1,面内热导率为2.51~14.35 W·m-1·K-1,分别是基体树脂1.9~7.7倍和5.8~33.4倍。氮化硼的加入整体上导致聚亚胺强度和韧性下降、模量提高。基于聚亚胺基体树脂的可降解特性,进一步实现了导热填料氮化硼的无损回收。
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