毕业论文(设计)-《苯并恶嗪与氰酸酯共固化反应的研究》.docVIP

苯并恶嗪与氰酸酯共固化反应的研究 高分子材料与工程 摘要：苯并噁嗪是最近发展起来的新型酚醛树脂，有许多优良的特性，并能克服传统酚醛树脂的许多缺点。这使得聚苯并噁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对双酚A二氰酸酯与二胺型苯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，苯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 苯并恶嗪 氰酸酯 开环催化 共聚反应 Study of benzoxazine with cyanate co-curing reaction Polymer Material and Engineering Yao Wang Xiaodan Li Prof. Yi Gu 绪论 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，高新技术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，是发展极为迅速的学科之一，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。由有机聚合物、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，门类最多、发展极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，始终作为世界各国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独特优点，使其应用范围不断扩大，在航空航天等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，树脂基复合材料中原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突出了。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（Resin Transfer Molding，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。 苯并恶嗪树脂简介 近年来，发展的苯并恶嗪基酚醛树脂系列吸引了极大的关注。1940年，苯并恶嗪首次被Cope和Holy合成出来，这种杂环的化合物由相应的酚类、初级胺以及甲醛合成得到，见图1： 图1. 苯并恶嗪的合成 同时发现它们也是Mannich反应的产物。苯并噁嗪是一类新型热固性树脂，具有许多特点：（1）较低的熔融粘度，便于成型加工；（2）不需要强酸为催化剂，加热或使用Lewis酸等催化剂就可使其开环聚合，聚合后形成类似酚醛树脂的结构；（3）聚合时无小分子放出，制品孔隙率低；（4）聚合过程中收缩很小，近似零收缩，可保证制品精度；（5）聚合物耐热性好，有高的Tg和热稳定性；（6）聚合物有良好的机械性能、电气性能、阻燃性能和高的残炭率；（7）具有灵活的分子设计性等，因此被称为新型酚醛树脂，具有广阔的研究价值和应用前景。以上特点让聚苯并恶嗪适合高性能复合材料的应用，如树脂传递模塑（RTM），层压和电子封装等方面。 苯并恶嗪单体的合成：以苯酚、甲醛和胺（脂肪族或芳香族）为原料，采用溶液或溶剂法。要合成不同类型的苯并恶嗪单体，可以利用不同的酚类和胺组分来实现。不同的原料能够生成不同的聚合网络，同时也影响了苯并恶嗪后期的固化过程。因此，可以应用不同的原料来合成具有一定结构的苯并恶嗪单体。苯并恶嗪单体在一定的温度下交联反应生成聚苯并恶嗪（如图2）。 图2. 苯并恶嗪单体在温度下反应生成聚苯并恶嗪反应式 迄今为止，研究人员发现两种反应机理开环聚合的苯并恶嗪：一是阳离子聚合的苯并恶嗪；二是热聚合苯并恶