三苯乙炔基硅烷樹脂的合成、固化動(dòng)力學(xué)及性能分析.pdf

1、含硅芳炔樹脂具有優(yōu)異的耐熱性、介電性能以及其他功能性，近年來(lái)已成為高性能樹脂基體的研究熱點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。本文試圖合成一種含硅芳炔樹脂—三苯乙炔基硅烷樹脂，并對(duì)樹脂的固化動(dòng)力學(xué)、催化石墨化以及其樹脂基復(fù)合材料的透波性進(jìn)行相關(guān)探索，為含硅芳炔樹脂在工業(yè)上應(yīng)用提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。
　　本文首先通過(guò)格利雅反應(yīng)制備了兩種含硅芳炔單體，即甲基三苯乙炔基硅烷(MTPES)與丙基三苯乙炔基硅烷(PTPES);并采用傅里葉紅外光譜(

2、FT-IR)、核磁譜(1H-NMR、13C-NMR、29Si-NMR)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征;然后探討了兩種單體的固化工藝以及非等溫固化動(dòng)力學(xué)，并研究了固化后的聚甲基三苯乙炔基硅烷樹脂(PMTPES)和聚丙基三苯乙炔基硅烷樹脂(PPTPES)的催化石墨化性能。最后以PPTPES為基體，多孔SiO2為增強(qiáng)體，制備了SiO2/PPTPES復(fù)合材料。主要工作及結(jié)論如下:
　　(1)根據(jù)MTPES和PTPES的非等溫流變曲線以及動(dòng)態(tài)DSC曲線，結(jié)合

3、外推法，算出兩種單體的固化工藝程序，并通過(guò)紅外分析，證實(shí)固化工藝切實(shí)可行。研究表明，MTPES的熔點(diǎn)130℃，固化溫度330℃，工藝窗口為200℃;PTPES的熔點(diǎn)75℃，固化溫度333℃，工藝窗口為258℃。相比較而言，PTPES的加工性能更加優(yōu)越，是一種很好的復(fù)合材料基樹脂基體。
　　(2)采用四種熱力學(xué)分析方法(Kissinger、Owaza、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman)對(duì)兩種單體的固化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深入

4、分析。研究結(jié)果表明，MTPES和PTPES的固化動(dòng)力學(xué)機(jī)理均符合自催化反應(yīng)機(jī)理，其中MTPES的活化能為112.58kJ/mol，反應(yīng)級(jí)數(shù)n與m分別為1.20與0.56;而PTPES的活化能為123.96kJ/mol，反應(yīng)級(jí)數(shù)n與m分別為1.43與0.36。
　　(3)采用X射線衍射光譜(XRD)和激光拉曼光譜(LR)對(duì)PMTPES和PPTPES的催化石墨化進(jìn)行了分析，并研究不同變量（熱處理溫度以及催化劑鐵的含量）對(duì)樹脂石墨化度的

5、影響。結(jié)果表明，兩種樹脂的催化石墨化機(jī)理都遵循溶解—析出機(jī)理;在同等條件下，PMTPES樹脂的石墨化效果明顯優(yōu)于PPTPES樹脂;PMTPES在1650℃、Fe的含量為6％時(shí)的催石墨化效果最佳，而PPTPES樹脂在1650℃、Fe的含量為15％時(shí)的催化石墨化效果最佳。
　　(4)以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為模板，正硅酸四乙酯(TEOS)為前驅(qū)體，借助溶膠-凝膠技術(shù)合成有序大孔SiO2，掃描電鏡(SEM)分析表明形成的SiO2孔

6、徑在200nm左右且分布均勻。以PTPES、SiO2為原料，通過(guò)浸漬-固化的過(guò)程合成大孔SiO2/PPTPES復(fù)合材料。采用熱重(TG)分析以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明復(fù)合材料分解5％對(duì)應(yīng)的溫度(Td5)為476℃，最大分解速率對(duì)應(yīng)的溫度為520℃，800℃的殘?zhí)柯蕿?8％;復(fù)合材料在頻率2-18GHz內(nèi)的介電常數(shù)為2.40～2.72，介電損耗正切值為0.019～0.243，滿足透波材料的要求，表明該復(fù)合材料有望能成為