苯并噁嗪/邻苯二甲腈共混树脂的制备及性能研究

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本文通过4-硝基邻苯二甲腈的亲核取代反应,合成了一系列带有不同长度柔性烷氧基链的芴基双邻苯二甲腈单体,采用红外(FT-IR)和核磁氢谱(1HNMR)对产物结构进行表征;选择4-氨基苯氧基邻苯二甲腈(4-APN)作为固化促进剂,制备共聚物并探究共混体系的固化行为。分别将含柔性烷氧基链芴基双邻苯二甲腈单体(BFPN)、双胺型芴基双邻苯二甲腈单体(AFPN)、自催化邻苯二甲腈单体(APN)、传统双酚A型双邻苯二甲腈(BAPh)与单官能度苯并噁嗪(P-a)进行共混,以改善苯并噁嗪树脂和邻苯二甲腈树脂的性能。利用差示扫描量热仪(DSC)对研究共混体系的固化行为,热重分析仪(TGA)和动态热机械分析仪(DMA)对共聚物的热性能和机械性能进行了研究。4-氨基苯氧基邻苯二甲腈(4-APN)与含正丙烷氧基链芴基双邻苯二甲腈单体(BPFPN)共混后,结果表明4-APN可以加快BPFPN的固化反应速率,降低体系的固化温度,且混合物的固化行为与4-APN的含量有关。聚合物的热性能与加工性得到改善,所有4-APN/BPFPN共混体系的800 ℃的残炭率均高于60%。苯并噁嗪与邻苯二甲腈共混体系固化后,树脂玻璃化转变温度(Tg)和800 ℃的残炭率均随邻苯二甲腈加入量的增加而升高,使得共聚物表现出更加优异的热性能和热稳定性。其中,与纯P-a聚苯并噁嗪相比,4-APN含量30%的共聚物的Tg提高了89 ℃,失重5%和10%对应的热分解温度分别提高了101 ℃和91 ℃, 800 ℃残炭率增加30.1%。当邻苯二甲腈的加入量为30%时,P-a/BFPN共混体系的Tg在196~232 ℃之间,800 ℃残炭率在56.4%~66.9%之间,P-a/AFPN共混体系的Tg在208~229 ℃之间,800 ℃残炭率在61.4%~68.1%之间,较纯P-a树脂均有所提高。尽管在P-a/BFPN和P-a/AFPN体系中残炭率及Tg随着引入的烷氧基链增长而降低,但对比单官能度苯并噁嗪热稳定性和玻璃化转变温度仍有所提高。P-a/BAPh共混体系中,当BAPh为共聚物体系主体时,P-a/BAPh共聚物体系的T5、T10和800 ℃的残炭率随着P-a含量的增加而增加,当二者的质量比为1:1时达到最高值,T5、T10和800 ℃残炭分别为447 ℃,506 ℃, 72.9%; Tg最高,为365 ℃。
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