摘要:并恶嗪是较近发展起来的新型树脂,有许多优良的特性,并能克服传统树脂的许多缺点。这使得聚并恶嗪在复合材料上得到很大的应用,像RTM树脂,复合层压板和电子封装材料。本论文对利用DSC和FT-IR对双A二氰酸酯与二胺型并恶嗪共固化反应历程进行了研究。研究表明:通过热激活的共固化反应有多重的聚合机制,恶嗪环与-OCN不直接发生反应。随着反应温度的升高,并恶嗪的恶嗪环发生开环,生成-OH,并与氰酸酯发生共聚反应。当体系中存在少量-OH时,在140℃下就能与-OCN反应,生成亚胺基或三聚环结构,说明-OH对-OCN的反应具有催化作用。 关键词:热固性树脂并恶嗪氰酸酯开环催化共聚反应 Studyofbenzoxazinewithcyanateco-curingreaction PolymerMaterialandEngineering YaoWangXiaodanLiProf.YiGu 在科学技术飞速发展的现代社会中,材料、信息和能源构成了人类文明的三大支柱,**的发展则以信息技术、生物技术和新型材料的发展作为标志。新型材料以及先进材料制造技术已经成为各工程领域不断发展的关键技术之一,是发展较为迅速的学科之一,对国民经济的发展具有十分重要的推动作用。 在先进材料领域,复合材料扮演着十分重要的角色。由**聚合物、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料,既能保留原组分材料的主要特性,又能通过复合效应获得原组分所不具备的性能,通过材料各组分配比和复合工艺的设计、优化,可不断满足日益增长的新型材料的要求。在复合材料家族中,门类较多、发展较为迅速的一大类材料,则是树脂基复合材料。自20世纪60年代问世以来,始终作为**重点研究开发的关键新型材料之一,并愈来愈受到重视。与传统材料相比,树脂基复合材料具有优异的使用性能,其比强度高、比刚度高、破损安全性高、抗疲劳性能好、耐腐蚀、阻尼减震性好、可设计性强、便于大面积整体成型等*特优点,使其应用范围不断扩大,在航空航高技术领域得到了广泛的应用,近年来,也逐步在汽车、电子、建筑等行业推广应用。 随着材料科学的发展和生产规模的不断扩大,树脂基复合材料材料的成本在逐步降低,相对应的,复合材料生产制造成本偏高的劣势则愈来愈显得**了。传统的树脂基复合材料制造技术,仍是采用手工或机械铺层、热压罐热压成型的工艺,这种成型工艺设备投资高、生产周期长、能源消耗大、铺叠工序烦杂等等,使得复合材料的生产成本偏高,在很大程度上又限制了复合材料的大规模使用。因此,在二十世纪后期,各国又纷纷开展了树脂基复合材料低成本制造技术的研究,出现了低温固化技术、自动缠绕与铺放技术、辐射固化技术、树脂传递模塑(ResinTransferMolding,RTM)技术和结构修补技术等等。其中,RTM技术历经数十年的发展,已达到一个成熟阶段,因其特别符合当前复合材料制造“低成本、高性能”的发展趋势,成为21世纪颇具发展潜力的树脂基复合材料成型工艺。
并恶嗪(benzoxazine)简介
聚并恶嗪树脂作为一种新型树脂,不仅具有优异的耐热性和阻燃性,而且克服了传统树脂在成形固化过程中释放小分子的缺点,在制备高性能材料方面已引起研究者的广泛关注。
以类化合物、胺类化合物和甲醛为原料合成的并六元杂环化合物——并恶嗪单体,较初在Mannich反应中发现,可在加热和(或)催化剂作用下发生开环聚合反应形成聚并恶嗪树脂。与一般的树脂相比,聚并恶嗪树脂在成型固化过程中没有小分子放出,制品孔隙率低,接近零收缩。另外,在分子设计中有更大的灵活性,可认为是一种新型的树脂。
特征性能
1.高耐热性:固化完全后,玻璃化转变温度(Tg)在150℃以上
2.优良的电绝缘性能:并恶嗪开环聚合后,具有类似树脂的结构,觉有良好的电绝缘性能;
3.良好的机械性能:并恶嗪树脂在适当的温度条件下即可固化,但固化温度和后处理温度较和环氧较高;但它和复合使用时,具有良好的力学性能。
应用领域
1.覆铜板、层压板:并恶嗪与含磷复合使用,能实现N-P复合阻燃,从而实现无卤阻燃,所以被广泛应用在无卤覆铜板上;由于其优良的耐热性,也被使用在高耐热覆铜板上;同时也用于F级、H级环氧层压板上,以提高层压板的耐热性和阻燃性;
2.耐火材料:由于并恶嗪树脂固化无小分子放出,固化过程不释放水分,其耐热性好,特殊耐火材料上也得到了应用;
3.RTM
4.医药化工:并恶嗪种类众多,部分并恶嗪中间体具有医药价值,受到国内外众多医药企业和研究机构的重视,近几年,不断有并恶嗪医药中间体问世;
5.复合材料:并恶嗪树脂能与、树脂良好复合,从而得到性能更优异的复合材料,在航空航天,汽车火车等诸多领域得到大力应用;
并恶嗪树脂及其固化物具有许多优良性能,包括:
?可室温存储和运输
?相对低的熔融粘度便于成型加工
?固化时不需要强酸或强碱为催化剂且无小分子放出
?低固化放热和低收缩
?良好的尺寸稳定性
?低吸水性和优良的电气性能
?优良的自阻燃性
?耐高温耐化学腐蚀
?优秀的机械性能
正是由于上述的各种优点,使得并恶嗪树脂展示出巨大的应用潜能,可以作为无卤树脂产品应用于复合材料、交联剂、覆铜板等产品中。如下表所示,与市场上目前所用的热固性树脂相比,并恶嗪树脂的性能优势主要在于它的高模量、高玻璃化转变温度、高的热稳定性和残碳率、较低的吸水率、良好的电气性能。同时它的合成原料来源广泛;固化过程无挥发物,成型操作易于控制;制品孔隙率低、性能优良等优点,是一种应用前景广阔的树脂。
并恶嗪树脂和比较:
?更好的高温性能
?较低的固化放热和固化收缩
?更好的阻燃性和低烟低毒性
并恶嗪树脂和树脂比较:
?制品孔隙率低
?反应中无水分子放出
?更好的机械性能
并恶嗪树脂和双马来酰亚胺树脂比较:
?较低的固化温度和时间
?原料易得、成本低
?韧性更好