[发明专利]一种萘基型邻苯二甲腈与环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐高温高分子材料制备领域，涉及一种由萘基型邻苯二甲腈与环氧树脂复合材料及制备方法。

背景技术

聚苯腈树脂是由邻苯二甲腈单体为原料，以芳香胺、酚为催化剂，通过本体加成聚合反应生成的高性能热固性树脂。该树脂具有优异的热稳定性、热氧化稳定性、低吸湿性、阻燃性、化学稳定性、机械性能，在机械、航空航天、电子、船舰等领域具有广泛的应用。

20世纪80年代以来，美国海军实验室率先对聚苯腈树脂展开系统的研究。Keller等通过改变单体链结所连接的基团，得到综合性能不同的聚苯腈树脂，包括：联苯型(Keller TM.Phthalonitrile-based high temperature resin.Journal of Polymer Science:Part A 1988,26:3199-3212；Sastri SB,Keller TM.Phthalonitrile cure reaction with aromatic diamines.Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry 1998,36:1885-1890.)、间苯型(Keller TM,Dominguez DD.High temperature resorcinol-based phthalonitrile polymer.Polymer,2005,46:4614-4618.)、双酚A型(Laskoski M,Dominguez DD,Keller TM.Synthesis and properties of a biphenyl A based phthalonitrile resin.Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,2005,43:4136-4143.)和含苯氧基、砜链节的苯腈单体[U.S.P4,409,382(1983)]。

以1,6-萘二酚、4-硝基邻苯二甲腈为原料制备的萘基型聚苯腈树脂(Zhao FH,Liu RJ,Kang C,et al.A novel high-temperature naphthyl-based phthalonitrile polymer:synthesis and properties.RSC Advances,2014,4:8383-8390)具有很宽的加工窗口和很优异的热稳定性，在目前已知的聚苯腈树脂中尤为突出，展现出良好的应用前景。

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，例如粘接强度高，介电性能良好，固化收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。

环氧树脂本身玻璃化转变温度和热分解温度较低，在高温条件下难以满足需求，目前，大部分研究者们选择添加无机纳米填料来制备性能更优的复合材料，这种复合材料的性能很大程度上取决于纳米填料的表面修饰以及在环氧树脂基体中的分散，而纳米填料的修饰处理过程通常较为复杂，且最终材料的玻璃化温度提升幅度较小，一般不超过50℃。此外，也有研究者选择加入其他化合物与环氧树脂共同反应制备复合材料，不过，一方面，此类材料大部分着眼点在于增韧改性，因而在提升环氧树脂热、力学性能方面贡献有限，另一方面，一般结构的化合物也很难做到明显改善环氧树脂的热稳定性和力学性能。聚苯腈树脂，作为在未改性条件下唯一满足美国军用标准(MIL-STD-2031)耐火要求的特种高分子，很有优势用于增强环氧树脂的热稳定性和阻燃性能，同时，聚苯腈具有的高于绝大多数高分子材料的超高玻璃化转变温度(通常大于400℃)，也可以使环氧树脂在更高温度下得以保持其优异的力学性能，其提升效果也将明显优于一般的环氧树脂复合材料。然而，大部分聚苯腈树脂的单体熔点很高，加工性能很差，难以在较温和的环境下与环氧树脂复合，因此，目前还没有文献报道两者制备的复合材料。

发明内容

本发明主要目的在于为了提高环氧树脂的综合性能，使其更能适应微电子、航空航天等领域对材料的较高要求，向环氧树脂中加入一种加工性能优良的萘基型邻苯二甲腈单体与其共聚，提供这种邻苯二甲腈与环氧树脂复合材料的制备方法。本复合材料在环氧树脂的基础上，通过萘基型邻苯二甲腈单体的加入，得到了性能优异的环氧树脂复合材料。本发明合成周期短，产率高，复合材料加工工艺简单。