【摘 要】
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先进树脂基复合材料能在高温下长时间工作并具有良好的性能和稳定性,以满足航空航天、船舶工业和微电子封装等多个行业需求。相较于目前应用较广泛的综合性能表现良好的树脂,如:耐温型环氧树脂、热固性聚酰亚胺树脂、双马树脂以及氰酸酯等,酞腈树脂耐热性突出,并具有强阻燃性、低介电、低吸水性等。兼具众多优异的性能使得酞腈树脂成为目前热固性树脂的新星。国外对于酞腈树脂的研究始于上世纪70年代,国内相关研究起步稍晚。
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先进树脂基复合材料能在高温下长时间工作并具有良好的性能和稳定性,以满足航空航天、船舶工业和微电子封装等多个行业需求。相较于目前应用较广泛的综合性能表现良好的树脂,如:耐温型环氧树脂、热固性聚酰亚胺树脂、双马树脂以及氰酸酯等,酞腈树脂耐热性突出,并具有强阻燃性、低介电、低吸水性等。兼具众多优异的性能使得酞腈树脂成为目前热固性树脂的新星。国外对于酞腈树脂的研究始于上世纪70年代,国内相关研究起步稍晚。目前对于酞腈树脂的研究从分子改性到共混改性,包括碳纤维和玻璃纤维增强酞腈树脂复合材料的研究都有了突破性的发展。酞腈树脂虽然拥有400℃以上的玻璃化转变温度(Tg),但其本身并不完美仍有缺陷,包括加工窗口窄、性脆、固化效率低和固化温度高等。针对酞腈树脂存在的这些问题,本文采取长链热塑性树脂改性酞腈树脂,以期改善其的韧性和功能性,并提高它的固化效率。本文研究的酞腈树脂为酚羟基自催化型酞腈树脂,其中树脂中邻苯二甲腈基团与酚羟基的比例为75:25,即邻苯二甲腈单元占比75%,因此该树脂简称为PN75或PN。自催化型酞腈树脂避免了小分子催化剂的加入,保证了固化过程中树脂结构的稳定性,降低了操作难度。其次,本文选用硅杂化含芴基邻苯二甲腈封端聚芳醚腈树脂(BPSiPEN)作为第二相增韧体,与酞腈树脂进行共混,改善其脆性大和固化效率低的问题。本文通过熔融共混和溶液共混结合的方式对BPSiPEN和PN75进行共混,并研究BPSiPEN的含量对共混树脂的影响。结果显示,BPSiPEN的加入能缩短共混树脂的凝胶时间,有效提高酞腈树脂的固化效率,且通过非等温DSC分析,当BPSiPEN添加量为5%时,表观活化能略有降低,代表更容易发生固化反应。对共混树脂按固化制度进行固化,并测试其弯曲强度和耐热性能。结果显示,BPSiPEN的加入几乎不影响酞腈树脂的高耐热性,并且能有效提高其韧性。当BPSiPEN的含量为5%和7%时共混树脂弯曲强度分别提高了44.96%和26.43%,断裂位移提高了54.29%和13.41%。因此BPSiPEN的加入可以在不损伤酞腈树脂的高热稳定性同时提高其韧性和固化效率。并且BPSiPEN的加入能够有效降低酞腈树脂的介电常数,以BPSiPEN添加量为7%最为显著,介电常数稳定在2.07,相较于酞腈树脂降低了约39.12%。本文最后制备了不同BPSiPEN含量共混树脂的碳纤维增强复合材料,并对其常温力学性能、高温热稳定性以及动态热机械性能和饱和吸水率、阻燃性等进行测试。结果显示,BPSiPEN含量为7%时复合材料性能最优,其弯曲强度和层间剪切强度提高了约25.27%和5%,并且耐热性和功能性都几乎不受损失甚至更优。
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