[发明专利]一种基于二硫键和Diels-Alder反应的双马来酰亚胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于二硫键和Diels‑Alder反应的双马来酰亚胺复合材料及其制备方法，属于功能型热固性树脂技术领域，解决了现有技术中不能实现兼顾自修复性能和力学性能的热固性树脂的问题。该方法所制备的双马来酰亚胺复合材料由于两种可逆共价键的引入，不仅具有良好的自修复功能和回收加工性，而且能够有效提升双马来酰亚胺树脂的力学性能。该发明为兼具优异自修复性能和力学性能且可回收的双马来酰亚胺树脂的开发提供了新的方法，有望显著拓展其应用范围和产品使用寿命。

技术领域

本发明属于功能型热固性树脂技术领域，具体涉及一种基于二硫键和Diels-Alder反应的双马来酰亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术

双马来酰亚胺(BMI)是一类具有双键活性端基的双官能团化合物，具有与环氧树脂相似的成型工艺，但是其耐温性和机械性能远高于环氧树脂，因而常被作为特种树广泛应用于航空航天、机械电子、桥梁工程等领域。但是，BMI树脂由于其结构中含有大量的芳香环，虽然具有极高的力学强度，但是其脆性较大，从而极大地限制了其应用范围。此外，随着树脂基复合材料的广泛应用，其材料难免在加工或使用过程中出现损伤，从而降低其产品的服役寿命。再者，热固性树脂不熔不溶的特点，使其很难实现回收再利用，从而造成极大的资源浪费和环境污染。

自修复材料是一种能够在材料发生损伤时进行自我修复的智能材料。根据其修复原理可以分为外援型自修复材料和本征型自修复材料。相比于外援型自修复材料，本征型自修复材料具有不受修复剂供给量的限制，能够实现多次自我修复损伤的优点。本征型自修复材料主要是通过在材料分子链结构中或分子链间引入可逆共价键(如：可逆二硫键、可逆硼酸酯键、Diels-Alder反应等)或可逆非共价键(如：氢键、配位键、π-π相互作用等)，在材料受损时可通过可逆化学键的断裂和重组实现材料的自我修复。

尽管在具有良好可再加工性和自修复性能的热塑性树脂材料的开发方面，研究者相继展开了大量卓有成效的研究，但是，由于材料的自修复性能与其分子链的运动性密切相关，而热固性树脂自身的高度交联结构，使其分子链极难运动，因而开发兼顾自修复性能和力学性能的热固性树脂一直是研究者和工业界关注的重点问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于二硫键和Diels-Alder反应的双马来酰亚胺复合材料及其制备方法，用于解决现有技术中不能实现兼顾自修复性能和力学性能的热固性树脂的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于二硫键和Diels-Alder反应的双马来酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将双马来酰亚胺单体和含二硫键的二胺单体在溶剂A中分散均匀进行反应，并除去溶剂，得到双马来酰亚胺预聚物；

步骤2：将双马来酰亚胺预聚物、双官能度的呋喃单体和二烯丙基双酚A混合进行聚合反应，得到双马来酰亚胺共聚物；

步骤3：将双马来酰亚胺共聚物排除气泡后，进行升温固化，冷却后得到一种基于二硫键和Diels-Alder反应的双马来酰亚胺复合材料。

进一步地，以质量份数计，各步骤中各组分的用量为：22～108份双马来酰亚胺，5～38份含二硫键的二胺单体，4～72份双官能度的呋喃单体，0～33份二烯丙基双酚A。

进一步地，步骤1中，双马来酰亚胺单体为4,4’-双马来酰亚胺基二苯甲烷、1,2-二(马来酰亚胺)乙烷、1,6-二(马来酰亚胺基)己烷或N,N’-1,3-苯撑双马来酰亚胺。

进一步地，步骤1中，含二硫键的二胺单体为4,4’-二氨基二苯二硫醚、2,2’-二氨基二苯二硫醚和3,3’-二硫代二丙酸二酰肼中的一种或多种。

进一步地，步骤1中，溶剂A为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和氯仿中一种或多种。