含氮聚苯腈树脂的制备与性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinhuali
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随着科技的发展,对材料的性能提出了更高的要求。而聚苯腈树脂(PN)由于其分解温度高、机械性能好、阻燃性能优异在众多高性能树脂材料中脱颖而出。在航空航天、船舶、汽车制造、微电子等领域具有广阔的应用前景。虽然聚苯腈树脂具备出色的综合性能,但也存在明显的缺点,如熔点高、加工性能差等,使其应用与发展受到阻碍。为了解决这些问题,在以往的研究工作中将醚键等柔性基团引入到聚苯腈结构中。同时为了保持机械性能,分子链中也引入一些刚性结构。这些刚性结构大多为苯环结构,对含氮芳香杂环结构的研究较少。为了制备具有良好加工性能且耐热性、机械性能优异的聚苯腈树脂,本论文在引入柔性醚键的同时,将嘧啶环作为刚性部分引入到聚苯腈分子结构中,合成新型聚苯腈单体,4,6-双[3-(3,4-二氰基苯氧基)-苯氧基]嘧啶(BCPM)。以4-氨基苯氧基邻苯二甲腈(APPH)作为催化剂,对单体进行固化得到聚合产物。将单体及其固化物进行测试分析,可知BCPM单体的熔点为159℃,具有较宽的加工窗口(117℃),较低的熔融粘度(<1.5 Pa·s)。采用Kissinger方程求得单体固化所需的表观活化能为80.96 k J/mol,表明加工性能良好。树脂具有出色的机械性能和热稳定性,在400℃时,储能模量仍高达1741 MPa,且未出现玻璃化转变。将850℃下的残碳率代入公式计算得极限氧指数为47,表明其是一种耐高温阻燃树脂。其次,同样采用一锅两步法,以3,6-二氯哒嗪为原料,将同为氮杂环结构的哒嗪环接入聚苯腈分子链中。在高温下经APPH催化得到聚合产物。该聚苯腈单体不仅具有低的熔点(74℃),宽的加工窗口(178℃)。同时,机械性能和热稳性优异,在30℃时储能模量高达3781 MPa,玻璃化转变温度高于400℃,在惰性气体中初始分解温度为500℃,极限氧指数为48。表明哒嗪环的引入不仅有效降低聚苯腈单体的熔点,改善了加工性能,其力学性能和耐热性能也有所提高。
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