液晶環(huán)氧低聚物的合成及其改性熱固性樹(shù)脂的研究.pdf

1、由于具有高模量、高性能和優(yōu)異的加工性能，熱固性液晶樹(shù)脂作為新的高性能聚合物基體材料，得到了廣泛的研究。然而，熱固性液晶一柔性嵌段低聚物的研究才剛剛開(kāi)始，尚未應(yīng)用到熱固性樹(shù)脂材料的改性上。本文首次采用熱固性液晶—柔性嵌段低聚物改性熱固性樹(shù)脂，得到了很好的改性結(jié)果，具有較好的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文合成了一種新型的液晶環(huán)氧化合物和一系列含柔性嵌段的液晶環(huán)氧低聚物，采用紅外光譜，核磁共振氫譜以及環(huán)氧當(dāng)量的測(cè)試等對(duì)所合成化合物和低聚物

2、的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用差示掃描量熱儀(DSC)和偏光顯微鏡(POM)相結(jié)合的方法對(duì)液晶環(huán)氧低聚物的液晶相轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行了研究。 首先研究了液晶環(huán)氧化合物N，N’-bis[4-(2，3-epoxypropoxyphenyl eneininomethyl)]-2.2’-dimethylbiphenylene(BMPE)對(duì)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂fDER331)的增韌，著重討論了改性環(huán)氧樹(shù)脂體系的固化條件和BMPE用量對(duì)液晶行為、相結(jié)構(gòu)及性能的

3、影響。通過(guò)對(duì)改性體系固化反應(yīng)的DSC的研究、反應(yīng)過(guò)程中POM的跟蹤以及固化產(chǎn)物斷面形貌的觀察等，對(duì)熱固性液晶環(huán)氧增韌環(huán)氧樹(shù)脂形成微纖(液晶束)的機(jī)理進(jìn)行了分析討論。研究發(fā)現(xiàn)：隨BMPE用量的增大，改性體系的力學(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都有所提高。性能的提高與體系內(nèi)生成的微纖數(shù)量有關(guān)；此外，加入第三組分聚醚砜(PES)后，改性體系的力學(xué)性能有所下降，這可能是由于PES的加入增加了體系的粘度，從而阻礙了BMPE形成微纖的傾向。 同時(shí)還研

4、究了液晶環(huán)氧化合物BMPE增韌氰酸酯樹(shù)脂1，1，-Bis(4-cyanatophenyl)ethane(AroCy L-10)體系的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。通過(guò)紅外光譜(FT-IR)和偏光顯微鏡(POM)的方法研究了不同當(dāng)量比的BMPE/L10改性體系的結(jié)構(gòu)、液晶轉(zhuǎn)變和形態(tài)；SEM結(jié)果顯示在BMPE/L10(摩爾比為1：0.5)體系中出現(xiàn)了相分離；同時(shí)討論了反應(yīng)過(guò)程中液晶念的形成與反應(yīng)機(jī)理的關(guān)系，并進(jìn)一步研究了BMPE增韌氰酸酯L10和環(huán)

5、氧樹(shù)脂DER331(摩爾比為1：1)共混體系的結(jié)構(gòu)和性能。 在上述工作的基礎(chǔ)上，著重研究了含柔性段液晶環(huán)氧低聚物的液晶結(jié)構(gòu)及其改性雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的相結(jié)構(gòu)。通過(guò)XRD、AFM、TEM等方法對(duì)液晶環(huán)氧低聚物L(fēng)C400-P的晶態(tài)、液晶態(tài)和溶液中的形態(tài)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了LC400-P可以在晶態(tài)下形成納米柱狀結(jié)構(gòu)；在液晶念時(shí)成束狀的納米柱結(jié)構(gòu)；將LC400-P溶解在環(huán)氧樹(shù)脂中，在未固化前LC400-P以長(zhǎng)度約20納米左右，直徑約為2納米的

6、柱狀結(jié)構(gòu)均勻分布在環(huán)氧中；加熱后形成直徑1～2納米、長(zhǎng)度在幾十微米的納米絲狀結(jié)構(gòu)，均勻分布于環(huán)氧溶液中；固化后則形成原纖結(jié)構(gòu)。 我們初步認(rèn)為：含柔性段液晶環(huán)氧低聚物在反應(yīng)前就形成納米棒結(jié)構(gòu)，隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，出于體系組分間相容性的降低，含柔性段液晶環(huán)氧低聚物之間只有通過(guò)相互聚集來(lái)保持穩(wěn)定，這就使得原來(lái)的納米棒狀結(jié)構(gòu)需要合并、長(zhǎng)大，剛棒和剛棒之間主要以首尾連接的方式以降低體系自由能，從而最終演變?yōu)樵鲩L(zhǎng)的原纖結(jié)構(gòu)。 通過(guò)對(duì)

7、不同液晶基元、不同柔性段長(zhǎng)度的液晶環(huán)氧低聚物改性環(huán)氧體系的力學(xué)性能、熱性能和相結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)，原纖結(jié)構(gòu)形成將會(huì)影響體系的最終性能。不同液晶基元對(duì)原纖的形成有很大影響，液晶基元上的側(cè)甲基有利于原纖的形成，使得體系的性能提高。柔性段長(zhǎng)度對(duì)原纖形成影響也很大，柔性段較長(zhǎng)時(shí)，剛棒基元的體積分?jǐn)?shù)較小，形成原纖結(jié)構(gòu)數(shù)量較少；柔性段較短時(shí)，剛棒基元的體積分?jǐn)?shù)相比較多，理應(yīng)形成納米柱結(jié)構(gòu)較多。但由于柔性段短而使得包覆作用較弱，剛棒基元容易發(fā)生聚集使得