【摘要】：雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂(Bismaleimides,BMI)是目前最有發(fā)展前景的耐高溫?zé)峁绦詷?shù)脂,具有良好的耐熱性、透波性和機(jī)械性能,可廣泛用作先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料的基體樹(shù)脂,從而成為備受關(guān)注的高性能聚合物之一。但未改性的BMI樹(shù)脂存在熔點(diǎn)高、加工性差以及固化物脆性大等缺點(diǎn),其中韌性差是影響B(tài)MI樹(shù)脂綜合性能的主要缺陷,因此對(duì)于BMI樹(shù)脂的增韌改性是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。烯丙基類(lèi)化合物共聚改性是目前最為成功的一種BMI增韌改性方法。本論文依據(jù)烯丙基化合物改性BMI樹(shù)脂的反應(yīng)機(jī)理,選擇丁香酚(Eugenol,EU)這種生物質(zhì)烯丙基酚類(lèi)化合物為基礎(chǔ)改性劑,合成了EU-BMI樹(shù)脂體系作為對(duì)照組。然后分別將羥甲基和二苯基甲烷二異氰酸酯(4,4'-diphenylmethane diisocyanate,MDI)引入EU-BMI樹(shù)脂體系,以期在保持樹(shù)脂耐熱性能的前提下,提高其韌性。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)為了增大EU-BMI樹(shù)脂的交聯(lián)密度,提高其耐熱性,根據(jù)分子設(shè)計(jì)原理將羥甲基引入EU中,合成羥甲基化丁香酚(Hydroxymethylated eugenol,MEU),并與BMI單體共聚合成MEU-BMI樹(shù)脂。采用FTIR和1H NMR等方法對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與表征,確認(rèn)MEU-BMI的生成。DSC和流變測(cè)試分析MEU-BMI樹(shù)脂的熱加工行為,表明MEU-BMI樹(shù)脂具有較寬的熱加工窗口(74℃-160℃),可加工性良好;TGA測(cè)試表明與EU-BMI相比,MEU-BMI樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性明顯提高;DMA測(cè)試表明MEU-BMI樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為297℃,儲(chǔ)能模量較低,說(shuō)明韌性較好。另外還采用模壓法制備了12k碳纖維增強(qiáng)MEU-BMI樹(shù)脂基復(fù)合材料,測(cè)試了其在不同溫度下的三點(diǎn)彎曲性能,結(jié)果表明:MEU-BMI樹(shù)脂基復(fù)合材料在150℃下還表現(xiàn)出高的彎曲強(qiáng)度(231.9MPa)和彎曲模量(13.18GPa),力學(xué)性能優(yōu)異。(2)MDI是一種良好的增韌改性劑,本文將MDI引進(jìn)EU-BMI樹(shù)脂體系中,合成了一種新型的MDI-EU-BMI樹(shù)脂,以EU-BMI樹(shù)脂為對(duì)照組,研究了樹(shù)脂的熱固化機(jī)理和耐熱性,研究方法和手段同上。結(jié)果表明:與EU-BMI相比,MDI-EU-BMI樹(shù)脂具有更好的熱穩(wěn)定性和韌性:初始分解溫度為322.76℃,在900℃下的殘?zhí)剂窟_(dá)到了39.65%,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為327℃;此外,以MDI-EU-BMI樹(shù)脂為基體制備的復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異,在15℃的高溫環(huán)境下仍然表現(xiàn)出明顯的抗彎特性。本論文設(shè)計(jì)并合成了兩種耐熱性、韌性及力學(xué)性等綜合性能優(yōu)異的新型烯丙基類(lèi)化合物改性BMI樹(shù)脂體系。
【圖文】：

構(gòu)中引入柔性鏈段，改變樹(shù)脂的剛性分子結(jié)構(gòu)，降低樹(shù)脂的脆性，提高其韌性[I 有望成為提高 BMI 樹(shù)脂韌性的合適改性劑。本文將 MDI 引入 EU-BMI 樹(shù)脂體I 中的異氰酸酯基團(tuán)與 EU 中的羥基通過(guò)親核加成反應(yīng)，，使 BMI 樹(shù)脂保持中等的利于加工成型；并且高溫下異氰酸酯基團(tuán)和羥基在固化過(guò)程中有利于形成柔性韌性的提高。進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高，對(duì)于高強(qiáng)度量化的材料的需求日益迫切，人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)和應(yīng)用高性能復(fù)合材料[28]。先進(jìn)樹(shù)脂的出現(xiàn)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)的單一組分的材料在理化、力學(xué)以及其他性能的缺陷，其具強(qiáng)度和比剛度、輕質(zhì)高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異的物理機(jī)械性能以及可設(shè)好的工藝性能，解決了工程領(lǐng)域中所用傳統(tǒng)材料在實(shí)際應(yīng)用中遇到的難題[29-30]。樹(shù)脂基復(fù)合材料由于其易加工成型、抗化學(xué)腐蝕和耐低（高）溫等突出優(yōu)點(diǎn)而被高科技領(lǐng)域，特別是在國(guó)防、航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域，已經(jīng)成為不可或缺的一類(lèi)，如圖 1-1 所示。

開(kāi)發(fā)出集結(jié)構(gòu)承載與功能一體的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料。另外，纖具備很多優(yōu)異的特性，比如良好的抵抗疲勞斷裂性、耐化學(xué)腐蝕、料中添加一定的功能填料可以使其具備特殊的電磁屏蔽性能，從而了復(fù)合材料在加工生產(chǎn)、使用安裝以及損壞維修等方面的巨大改變范圍日益廣泛，特別是在航空領(lǐng)域, 已迅速發(fā)展成為繼鋁、鋼、鈦之一[34]，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的使用對(duì)于提高飛機(jī)綜合性能具成為標(biāo)志飛機(jī)先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)促進(jìn)飛機(jī)裝備的輕量化、要的作用[35-36]。是一種在許多方面均具有良好性能的纖維材料。碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基高抗疲勞性，低熱膨脹系數(shù)和高強(qiáng)度重量比，是最先進(jìn)的復(fù)合材料料被認(rèn)為是航空航天領(lǐng)域高溫應(yīng)用的主要材料。如圖 1-2 所示為碳在航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域的應(yīng)用，比如 A380 機(jī)翼與機(jī)身，航空發(fā)維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸精細(xì)化，對(duì)纖維增強(qiáng)求越來(lái)越高，從而推動(dòng)了對(duì)于此方面相關(guān)研究的深入[37]。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ323;TB33

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本文編號(hào)：2610056