有机无机杂化耐热氧化、透波邻苯二甲腈树脂制备及性能研究

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随着航空航天技术的发展,人们对材料性能的要求越来越高。先进树脂基复合材料以其所特有的高比强度、密度小、易于成型加工等性质,在航空航天领域已得到广泛的应用。在众多树脂中,邻苯二甲腈树脂以其优异的耐高温性能、突出的耐化学腐蚀性、阻燃性和耐吸湿性,在航空航天、舰船、机械、电子材料等领域得到了广泛应用。但迄今为止,多数邻苯二甲腈树脂具有耐热氧稳定性较差和介电性能不佳等特点,限制了该材料的应用范围。本论文通过有机-无机杂化方式,在邻苯二甲腈树脂中引入无机元素氟、硅以及无机粒子,提高了邻苯二甲腈树脂的热氧稳定性和介电性能。首先,通过共混方式制备了邻苯二甲腈树脂(HPN)。HPN中包括低熔点邻苯二甲腈单体6FDCN,含氟邻苯二甲腈单体FAPN和4-氨基邻苯二甲腈。通过调整三者的比例研究树脂基体的加工性能、固化物的耐热性能和耐湿性能。最终优化出FAPN、6FDCN和2P的比例为9:1:0.7,树脂命名为HPN91。本文选用无机粒子和有机含硅改性剂进一步提高树脂的性能。无机粒子包括氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)、含氨基二氧化硅(SiO2-NH2)、三氧化二铝(Al2O3),通过激光粒度仪以及红外光谱分析、热重分析等对其进行表征。通过调整树脂配方、优化反应工艺以及筛选改性剂获得了三种耐高温、透波树脂,依次为Al2O3杂化邻苯二甲腈树脂、碳硼烷杂化邻苯二甲腈树脂和硅杂化腈基封端含芴基聚芳醚腈杂化邻苯二甲腈树脂,分别对其化学结构、固化行为、加工性能和固化物的热氧稳定性、耐热性能、介电性能、耐湿性能进行了表征,结果如下:1.将Al2O3与调整后的邻苯二甲腈透波树脂共混,加入10%Al2O3将邻苯二甲腈透波树脂,共混邻苯二甲腈在热循环中失重由1.46%下降至1.15%。在8-16GHz测试条件下,介电常数稳定在3.3,介电损耗稳定在0.008上下。2.将BC烷与调整后的邻苯二甲腈透波树脂共混,加入含有-NH2的BC烷对邻苯二甲腈树脂固化具有一定的催化作用,将固化温度降低至210℃。5%BC烷的加入将邻苯二甲腈在热循环中失重由1.46%下降至0.6%。在8-16GHz测试条件下,介电常数稳定在3.3上下,介电损耗稳定在0.010-0.013之间。3.将BPSiPEN与调整后的邻苯二甲腈透波树脂共混,共混温度由160℃降低至150℃。5%BPSiPEN的加入将邻苯二甲腈在热循环中失重由1.46%下降至1.07%,在8-16GHz测试条件下,介电常数稳定在3.25上下,介电损耗稳定在0.009-0.010之间。
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