聚苯腈树脂及其复合材料的制备与性能研究

发布时间：2020-11-08 06:57

　　 聚邻苯二甲腈树脂(简称聚苯腈树脂)是由邻苯二甲腈单体在固化剂的作用下通过本体加成聚合反应生成的一种高性能耐高温热固性树脂。该树脂具有优异的热氧稳定性、热稳定性、防潮性、阻燃性以及良好的机械性能。有望在航空航天、船舶制造、电子封装等领域得到广泛的应用。但是,由于邻苯二甲腈单体的熔点高,使聚苯腈树脂的加工困难,其次由于聚苯腈是由刚性的苯环结构交联生成,具有固有的脆性。因此,这些年国内外的研究一直致力于降低邻苯二甲腈单体的熔点,提高加工性能,以及改变分子链的结构,提高聚苯腈树脂的韧性。本课题基于分子设计,首次将磷腈引入苯腈单体中,合成出含有磷腈的聚邻苯二甲腈树脂,通过红外光谱和核磁共振氢谱对单体的结构进行了表征。然后用具有自催化性能的4-羟基苯氧基邻苯二甲腈作为固化剂引发单体聚合生成聚合物。差示扫描量热分析(DSC)测试表明,该苯腈单体具有较低的熔点和较大的加工温度窗口。热失重分析(TGA)表明,该聚苯腈树脂的起始分解温度(Td,5%)大于500℃。动态力学机械性能(DMA)测试分析该聚苯腈树脂的玻璃化转变温度大于380℃。在经过长时间的耐老化实验测试后,该树脂仅损失2.06%。同时又利用Kissinger非动力学方程计算出了该树脂的表观活化能。由于固化剂在加热固化过程中存在挥发问题,降低了聚合速率,影响了树脂的加工性能,因此本课题制备了一种新型的萘基自催化型苯腈单体。该苯腈单体能自动聚合,无需添加固化剂。利用DSC和TGA研究了该苯腈单体的热性能及热稳定性,800℃时,该聚合物的残炭率仍然很高,说明它具有较好的耐热性能,通过延长固化时间,可以使聚合反应进一步进行,增大了交联程度,提高了聚合物的热氧稳定性。提高树脂的韧性除了改变分子结构外,还可以添加微纳米粒子。本课题将具有良好性能的氮化硼与聚苯腈树脂制备成复合材料。性能测试分析,添加氮化硼后,聚苯腈树脂的性能都有提高,尤其是导热率显著增加。另外,本课题首次利用纳米金刚石对氮化硼进行了改性,提高了氮化硼与基体树脂的界面相互作用,添加改性后的氮化硼后,聚苯腈树脂的导热率更优于前者。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ323;TB33
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 聚苯腈树脂的概述
        1.2.1 邻苯二甲腈单体的聚合机理
        1.2.2 邻苯二甲腈单体的发展
        1.2.3 聚苯腈树脂及其复合材料的应用前景
    1.3 氮化硼
        1.3.1 氮化硼的概述
        1.3.2 六方氮化硼的制备
        1.3.3 氮化硼的应用
    1.4 本课题的研究目的和创新点
第二章 新型磷腈型聚苯腈树脂的合成及其性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 4-羟基苯氧基邻苯二甲腈（HPPN）的合成
        2.2.3 [4-（3,4-腈基苯氧基）-苯]环三磷腈（CPCP）的合成
        2.2.4 磷腈型聚苯腈树脂（CPCP polymer）的合成
        2.2.5 测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 磷腈型苯腈单体的结构表征
        2.3.2 磷腈型苯腈单体的加工性能研究
        2.3.3 磷腈型苯腈单体的聚合行为的研究
        2.3.4 磷腈型聚苯腈树脂的热氧稳定性的研究
        2.3.5 磷腈型聚苯腈树脂的动态力学性能的研究
        2.3.6 磷腈型聚苯腈树脂的耐老化性能的研究
        2.3.7 磷腈型苯腈单体的固化行为动力学研究
        2.3.8 磷腈型聚苯腈树脂的吸水性能测试
    2.4 本章小结
第三章 苯乙基间苯二酚型聚苯腈树脂的制备及其与间苯二酚型聚苯腈树脂的性能比较
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 间苯二酚型（BDB）和苯乙基间苯二酚型（PRP）苯腈单体的制备
        3.2.3 两种苯腈单体的预聚和固化
        3.2.4 测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 对两种苯腈单体的核磁表征
        3.3.2 两种苯腈单体和固化剂ODA的混合物的DSC测试分析
        3.3.3 对两种苯腈单体和固化物的红外测试
        3.3.4 对两种聚苯腈树脂的热失重测试
        3.3.5 两种聚苯腈树脂的动态力学性能测试
        3.3.6 对两种聚苯腈树脂的非等温DSC法固化动力学研究
    3.4 本章小结
第四章 自催化型聚苯腈树脂的制备与研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 4-（5-氨基-萘氧基）邻苯二甲腈单体（ANP）及其聚合物的制备
        4.2.3 测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 对苯腈单体的核磁表征
        4.3.2 苯腈单体及其聚合物的FT-IR分析及其聚合机理
        4.3.3 对苯腈单体的DSC及TGA测试分析
        4.3.4 对不同固化时间的聚苯腈的TGA分析
    4.4 本章小结
第五章 间苯二酚型聚苯腈复合材料的制备与研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验药品
        5.2.2 间苯二酚型苯腈单体的制备
        5.2.3 间苯二酚型聚苯腈/氮化硼复合材料的制备
        5.2.4 间苯二酚型聚苯腈/改性氮化硼复合材料的制备
        5.2.5 测试与表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 未改性氮化硼/聚苯腈复合材料的性能分析
        5.3.2 改性氮化硼/聚苯腈复合材料的性能分析
    5.4 本章小结
第六章 纳米金刚石接枝碳纤维的制备与研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验药品
        6.2.2 碳纤维的氧化和纳米金刚石的还原
        6.2.3 纳米金刚石接枝碳纤维
        6.2.4 测试与表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 红外光谱分析
        6.3.2 扫描电镜分析
        6.3.3 EDX分析
        6.3.4 XPS测试分析
        6.3.5 比表面积分析
    6.4 本章小结
第七章 结论
参考文献
攻读硕士期间获得的研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2874440