双马来酰亚胺树脂固化技术及反应机理研究进展

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阻燃改性双马来酰亚胺树脂的研究进展

阻燃改性双马来酰亚胺树脂的研究进展

阻燃改性双马来酰亚胺树脂的研究进展刘生鹏 刘润山 李立 耿 芹(湖北省化学研究院,武汉 430074) 摘要 介绍近年来对双马来酰亚胺(BM I)树脂阻燃的最新研究进展,包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、锑系阻燃剂和铝-镁系阻燃剂等的阻燃机理和应用状况。

指出,在不损失树脂物理、力学等性能的前提下采用无卤阻燃将是今后的发展方向。

关键词 双马来酰亚胺树脂 阻燃剂 改性 覆铜板 双马来酰亚胺(B M I)是一类具有双键活性端基的聚合物,加热可交联固化为耐热树脂,因其质脆,多需改性。

改性B M I树脂具有良好的耐热性、耐湿性、耐化学药品性、耐辐射性及优异的力学性能,而且其加工性良好、成型工艺灵活、原材料来源广泛、成本低廉,是一类较理想的先进复合材料用基体树脂,已广泛应用于航空航天、机械电子、交通运输等领域。

BM I树脂常用的增韧方法主要有两种,其一是先加入二元胺扩链,再加入环氧树脂(EP)、橡胶等与其共聚;另一种方法是与双烯类化合物进行共聚,能极大地改进BM I树脂的工艺性[1]。

随着现代科学技术的发展,对聚合物材料的阻燃性、自熄性要求越来越高。

BM I树脂虽具有一定的自熄性,但在增韧改性后仍难以满足阻燃要求[2]。

所以,人们在研究和开发BM I树脂时都考虑了体系的阻燃因素和水平。

一般情况下,聚合物的燃烧在气相和凝聚相两个相区内进行,所以对聚合物的阻燃分为气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理及中断热交换阻燃机理[3]。

目前国内外对BM I树脂阻燃主要采取两种方法,一种是采用反应型的添加剂使聚合物分子链中含有阻燃元素;另一种是选用合适的填料型阻燃剂,通过机械混合的方法添加到改性B M I树脂中。

笔者按照阻燃元素的种类和所在位置介绍了国内外对阻燃型B M I 树脂的研究进展。

1 卤系阻燃剂阻燃B M I树脂卤系阻燃剂主要是在气相延缓或阻止聚合物的燃烧。

此类阻燃剂在受热时生成卤化氢分子而加入气相,在气相中,卤化氢通过干扰氢氧自由基链反应而实现阻燃防火作用,但也兼具凝聚相阻燃作用。

双马来酰亚胺树脂固化反应

双马来酰亚胺树脂固化反应

双马来酰亚胺树脂固化反应
双马来酰亚胺树脂的固化反应实际上就是树脂基体中的活泼双键打开发生体型交联的过程。

这种固化反应受温度影响,升温速率低时,高温固化反应平缓,没有明显的最大反应速度,高温峰只是一个弥散的肩峰;而升温速率高时,高温固化反应的速度相对加快,高温峰变大,形成了固化双峰。

另外,改性双马来酰亚胺树脂的固化反应具有多种不同的活泼双键,因此树脂具有高温和低温两种固化交联反应。

低温时固化反应速度较慢,若升温速率低,则固化时间长,交联点逐渐增加,体系粘度缓慢升高,交联反应进行较完全,但相对完全的低温固化反应导致体系交联点多,粘度大,在高温时交联的空间位阻增大,链段运动能力减小,因此高温固化反应的速率相对较小。

此外,通过傅里叶红外光谱分析和差示扫描量热分析发现,双马来酰亚胺改性酚醛氰酸酯树脂体系主要发生的共聚反应生成了嘧啶和吡啶结构。

并且在酚醛氰酸酯和双马来酰亚胺质量比为6:4时反应最为充分。

此时改性体系的表观活化能Ea为80.96KJ/mol,频率因子A为4.0×107S-1,反应级数n为0.927。

综上所述,双马来酰亚胺树脂的固化反应受温度和升温速率的影响较大。

同时,双马来酰亚胺改性酚醛氰酸酯树脂体系主要发生共聚
反应生成嘧啶和吡啶结构。

如需更多关于双马来酰亚胺树脂固化反应的信息,建议咨询化学领域专业人士或查阅相关科研文献。

二苯甲烷双马来酰亚胺二元芳香胺固化剂的合成及其固化动力学研究

二苯甲烷双马来酰亚胺二元芳香胺固化剂的合成及其固化动力学研究

二苯甲烷双马来酰亚胺二元芳香胺固化剂的合成及其固化动力学研究二苯甲烷双马来酰亚胺是一种重要的固化剂,被广泛应用于环氧树脂和酚醛树脂等材料的固化加工中。

本文将介绍二苯甲烷双马来酰亚胺的合成方法,以及对其固化动力学的研究成果。

一、二苯甲烷双马来酰亚胺的合成方法1. 马来酐和二苯甲烷的缩合反应二苯甲烷与过量的马来酐在适当的温度下进行缩合反应,生成二苯甲烷双马来酰亚胺。

在该反应中,可以加入适量的酸催化剂,如硫酸或磷酸,提高反应的速率和收率。

2. 酰胺化反应通过以上两步反应,可得到纯度较高的二苯甲烷双马来酰亚胺固化剂。

二、固化动力学研究对二苯甲烷双马来酰亚胺的固化动力学进行研究,可以为其在实际应用中提供重要的参考依据。

固化速率是固化过程中的一个重要指标,通常可以通过测定树脂与固化剂混合物的粘度随时间的变化来评价固化速率。

实验结果表明,二苯甲烷双马来酰亚胺与环氧树脂的固化速率较快,与酚醛树脂的固化速率相当。

固化反应的活化能是另一个重要的参数。

通过对固化反应在不同温度下的速率常数进行测定,可以得到固化反应的活化能。

实验结果显示,二苯甲烷双马来酰亚胺固化反应的活化能较低,表明其在较低温度下也能快速发生固化反应。

还可以通过对固化物的力学性能、热性能等进行测试,来对固化反应的动力学特性进行进一步的评价。

实验结果表明,二苯甲烷双马来酰亚胺固化剂的固化速率快、活化能低、热释放量大,具有较好的固化性能,适用于需要快速固化的材料加工过程中。

二苯甲烷双马来酰亚胺双马来酰亚胺固化剂具有良好的应用前景和发展潜力,对其合成方法和固化动力学的研究有助于为其在工业生产中的应用提供理论依据和技术支持。

希望未来能有更多的研究能够对其进行深入探索,为其在材料加工领域的应用提供更多的可能性。

219515983_金刚烷型双马来酰亚胺树脂共聚体系的固化成型与性能研究

219515983_金刚烷型双马来酰亚胺树脂共聚体系的固化成型与性能研究

中图分类号: TQ322 4 文献标识码: A
双马来酰亚胺树脂 ( 简称双马树脂ꎬBMI)
方面较有成效ꎬ但合成及操作仍面临困难ꎬ且对
化转变温度(230 ~ 380 ℃ ) 、优异的耐湿热性能、
双马树脂的共聚体系ꎬ发现将高性能双马树脂与
作为一种高性能热固性聚合物ꎬ拥有较高的玻璃
马树脂进行扩链ꎬ而“ Diels - Alder” 反应则保证
了三维交联网络结构的形成ꎬ赋予固化后树脂更
好的机械性能及耐热性能. 金刚烷型双马树脂共
聚体系也遵循这样的反应路线ꎬ具体反应过程为:
进行固化ꎬ产物记做 BD - 0.
金刚烷型双马来酰亚胺树脂共聚体系制备:
分别用 0 1 mol、0 2 mol 和 0 3 mol 的金刚烷型
的加入ꎬ放热峰的位置几乎没有明显变化ꎬ但第
一个放热峰的峰面积随金刚烷型双马树脂含量
39
d( ln β)
æE
ö
= - ç a + 2T p ÷.
d(1 / T p )
è nR
ø
式中: β 为 升 温 速 率ꎬ K / minꎻ T p 为 放 热 峰 值 强
Crane 方程:
度ꎬKꎻR 为理想气体常数ꎬ取 8 314 J / ( molK) ꎻ
计算出两种树脂体系的表观活化能ꎬ再根据直线
脂共聚体系 BD - 0、BD - 3 进行测试ꎬ得到了其
的截距计算出两种树脂体系的指前因子ꎬ根据
20 ℃ / min) 下的固化曲线ꎬ如图 2 所示.
Crane 直线的斜率代入 Crane 方程可以计算出反
不同 速 率 ( 5 ℃ / min、10 ℃ / min、15 ℃ / min 和
2 2 金刚烷型双马树脂共聚体系固化动力学分析

双马来酰亚胺树脂合成与改性研究进展_蒋洋

双马来酰亚胺树脂合成与改性研究进展_蒋洋

第 20 卷第 7 期
蒋 洋等 双马来酰亚胺树脂合成与改性研究进展
(434) - 49 -
可用于 BMI 单体的合成,这些二元胺可以是脂肪族 的、芳香族的或端氨基的某种预聚体,但对于不同结 构的二元胺,其反应条件、工艺配方、提纯及分离方 法和合成产率等各不相同。 目前,BMI 的合成方法按 照脱水工艺条件不同可分为乙酸酐脱水法、 热脱水 闭环法和共沸蒸馏脱水法三种。
关键词:双马来酰亚胺;合成;增韧;改性 中图分类号:TQ323.7 文献标志码:A 文章编号:1004-2849(2011)07-0048-05
0前言
双 马 来 酰 亚 胺 (BMI) 树 脂 是 由 聚 酰 亚 胺 (PI) 树 脂体系派生出来的另一类树脂体系,其通式如式(1) 所 示 , 也 是 以 马 来 酰 亚 胺 (MI) 为 活 性 端 基 的 双 官 能 团化合物。 BMI 树脂在加热或催化剂作用下可交联固 化, 并且其具有与典型热固性树脂类似的流动性和 可模塑性(可参照环氧树脂类特性,对其进行加工成 型);同时 BMI 树脂具有良好的 耐 热 性 、电 绝 缘 性 、 透波性、阻燃性、耐候性、力学性能和尺寸稳定性。
- 48 - (433) 专题与综述
中国胶粘剂
CHINA ADHESIVES
2011 年 7 月第 20 卷第 7 期 Vol.20 No.7,Jul. 2011
双马来酰亚胺树脂合成与改性研究进展
蒋 洋, 寇开昌, 吴广磊, 晁 敏, 张教强
(西北工业大学理学院应用化学系,陕西 西安 710129)
1.1 乙酸酐脱水法 乙酸酐脱水法是以乙酸钠或乙酸镍作为催化
剂,二元胺与 MA 在溶剂中反应首先生成 BMIA;然 后以乙酸酐为脱水剂,BMIA 脱水环化生成 BMI。 按 照所用溶剂不同可分为 DMF(N,N′-二甲基甲酰胺) 法 [3]和 丙 酮 法 [4]。 采 用 DMF 法 的 优 点 是 中 间 产 物 BMIA 可溶于 DMF 中, 使反应体系始终处于均相, 从而有利于反应顺利进行,并且反应产率相对较高; 其缺点是溶剂毒性较大、 生产成本较高且产品质量 相 对 较 差 。 朱 玉 珑 等 [6]将 含 醚 键 的 芳 香 族 二 元 胺 DADPE(4,4′-二 氨 基 二 苯 醚 )或 BAPB[1,3-双 (3氨基苯氧基)苯]分别与 MA(顺丁烯二酸酐)反应,得 到 了 相 应 的 两 种 BMIA,并 在 脱 水 剂 (乙 酸 酐 )和 催 化 剂 (乙 酸 钠 )共 同 作 用 下 ,BMIA 脱 水 环 化 成 理 想 的 BMI。 研究结果表明:DADPE 型 BMI 和 BAPB 型 BMI 均具有较高强度和纯度,两者熔点分别为 174~ 176 ℃和 162~164 ℃。 李雅卓等[7]以 2,6-二氨 基 蒽 醌 、MA 为 原 料 合 成 了 一 种 蒽 醌 基 BMI; 然 后 以 4 ,4′-双 (对 氨 基 苯 酮 ) 二 苯 醚 为 固 化 剂 、 二 烯 丙 基 双 酚 A 为增韧剂,合成出一种工艺性能和热性能良好 的耐热型胶粘剂。

典型双马来酰亚胺树脂固化动力学模型的研究

典型双马来酰亚胺树脂固化动力学模型的研究
180℃、 190℃、 200℃、 210℃、 220℃、 230℃8 个温度。
图 1 典型双马来酰亚胺树脂的 D SC 谱图
F ig. 1 D SC scan s of typ ical BM I resin
实验中发现一个很值得研究的现象, 从 160℃ 到 230℃的恒温实验中, 只有 190℃、 200℃的 D SC 得不到谱图, 观察图 1 与图 2 可以发现: 160℃到 180℃的谱图中△H 非常小, 而 210℃到 230℃的谱 图中△H 比 160℃到 180℃的谱图中△H 大 20 多 倍。 因此可以判断固化反应是两步反应。 160℃到 180℃的 反 应 是 活 化 能 较 小 的 反 应, 而 210℃到
收稿日期: 2002210218; 收修改稿日期: 2003205207 通讯作者: 于 佳, 博士研究生, 主要从事复合材料工艺研究 E 2 m ail: yu jia@ hop e. h it. edu. cn
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2 结果与讨论
2. 1 恒温固化反应分析
步反应 D SC 记录不到。 所以得不到谱图。 由图 2 可看出: 不同固化温度下的反应转化率 随固化时间的变化速率而不同; 达到相同转化率的 时间越短, 反应速率越快; 温度越高, 反应速度越快, 在较短的时间内即达到很高的转化率。在图 2 (a ) 中 固定时间后, 固化度随 160℃、 170℃、 180℃而逐渐 升高, 对于固化度在 210℃、 220℃、 230℃的情况下, 变化规律基本相同如图 2 (b ) 。
squa res 方法和 K issinger 方法进行数据处理, 建立该树脂体系的固化动力学模型并确定其固化动力学参数, 此模

双马来酰亚胺树脂反应性和黏度特性的研究

双马来酰亚胺树脂反应性和黏度特性的研究

D C热 分 析 仪 , e c 一0 S N t h Q 10型 , 国 ; 胶 电 s 德 凝 热铁 板 , 自制 ; 转黏 度 计 , D - , 旋 N J7型 上海 天平厂 。
1 3 B 树 脂 体 系性 能 测 试 . MI
13 1 动态 D C测试 .. S
点 , 实现 R M成 型具 有一 定 的困难 。 因为树脂 体 使 T
在 室 温下具 有 较长 的贮 存期 ; 随着 温度 的升 高 , 凝胶
化 时 间 缩 短 , MI树 脂 体 系 的 固 化 速 率 加 快 ; B 在 10o ~10o 随 着 温 度 升 高 , 胶 时 间 大 大 缩 4 C 6 C, 凝 短 , 明树脂 在 10℃ ~10℃ 对 温度 最 为 敏 感 , 说 4 6 固 化 温度 可选 择在 此 温度 范 围 ;7 10o C以后 , 胶 时 间 凝 的下 降 幅度趋 于 平 缓 , 凝 胶 时 间 ≤8mi, 明树 且 n说
测试条 件 : 升温 速率 2 C m n N 气 氛 。通 过 0 ̄/ i ,
分 析得 出实 验树 脂 固化 反 应 的起 始 温 度 、 峰值 温 度
收稿 日期 :0 1 5 1 2 1- —3 0
作 者 简 介 : 富 春 , ,9 2年 出生 , 北 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 金 男 17 中
树脂 的反应 性 可 以用不 同温度 下 的凝胶 时间 和
D C曲线来 分 析 。图 1是 B 树 脂 体 系 的凝 胶 特 S MI
性 曲线 , 反应 了树 脂 体 系 的 反应 活性 对 温 度 的敏 它 感 程 度 , 制定 固化 工 艺 的重 要 依 据 。从 图 1中 可 是 以看 出 , MI 脂 体 系 在 10 ℃ 下 的 凝 胶 时 间 为 B 树 2 5 n 凝 胶 时间 较 长 , 系 较 为 稳 定 , 明该 体 系 0mi, 体 说

耐高温双马来酰亚胺树脂研究进展

耐高温双马来酰亚胺树脂研究进展

耐高温双马来酰亚胺树脂研究进展作者:计怡刘琦冯渊博郅小利颜红侠来源:《粘接》2016年第07期摘要:双马来酰亚胺(BMI)树脂具有优异的耐热性、阻燃性、力学性能、电绝缘性和透波性等性能,使其成为最具有发展前途的高性能树脂之一。

本文介绍了耐高温BMI树脂改性的基本原理和目前改性方法的研究进展,包括热固性树脂改性、纳米粒子改性、扩链改性、二元胺改性、烯丙基化合物共聚法改性等,并对BMI树脂的发展趋势进行了展望。

关键词:双马来酰亚胺;增韧;热固性树脂改性;纳米粒子改性中图分类号:TQ323 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2016)07-0040-06双马来酰亚胺(BMI)树脂是由聚酰亚胺(PI)树脂体系派生的另一类树脂体系,是以马来酰亚胺(MI)为活性端基的双官能团化合物。

BMI树脂作为热固性树脂的一种,具有热固性树脂共有的流动性和可模塑性,易于合成与加工。

BMI树脂固化后具有优异的耐热性、抗热氧化性、阻燃性和低吸湿性,被认为是最具有发展前途的高性能树脂之一。

同时BMI树脂具有较高的弯曲强度、模量和尺寸稳定性,电绝缘性和透波性也较好,使它在航空航天、建筑交通以及微电子等行业中得到广泛的应用。

但是由于固化物的交联密度高,分子链刚性强而使BMI树脂固化后呈现出极大的脆性,具体表现在抗冲击强度大、断裂伸长率小和断裂韧性低等方面。

因此,在保持其原有特性的同时,对BMI树脂进行增韧改性就成为使其适应高性能树脂要求,拓宽其应用领域的关键所在。

现阶段对BMI树脂进行改性的方法主要包括:热固性树脂改性、热塑性树脂改性、纳米粒子改性、内扩链改性、二元胺改性、烯丙基化合物改性、橡胶改性等。

其中热塑性树脂改性可以在一定程度上提高BMI树脂的机械性能但其与BMI的相容性差;橡胶增韧会牺牲BMI树脂耐热性,因此在实际应用中受到一定的限制。

本文从热固性树脂改性、纳米粒子改性和其他改性如内扩链改性、二元胺改性等方面介绍了耐高温BMI树脂改性机理及研究进展,并根据耐高温BMI树脂改性现状对其未来发展方向进行了展望。

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双马来酰亚胺树脂固化技术及反应机理研究进展任荣;熊需海;刘思扬;陈平【摘要】双马来酰亚胺树脂是一种高性能热固性树脂,在尖端技术领域有着广泛的应用。

本文综述了双马来酰亚胺树脂( BMI)在热、微波辐射、电子束辐射和紫外光等作用下固化成型技术及固化机理等方面的研究进展。

%Bismaleimide is a class of high-performance thermosetting resin and widely applied in high-tech fields.This paper discusses the progress in curing technology and reaction mechanism of bismaleimide resin under the conditions of thermal activation,microwave radiation,electron beam and UV-irradiation.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P10-14)【关键词】双马来酰亚胺( BMI);固化成型技术;固化机理【作者】任荣;熊需海;刘思扬;陈平【作者单位】沈阳航空航天大学航空航天工程学院辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学院辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学院辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室,沈阳110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学院辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室,沈阳110136; 大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文双马来酰亚胺树脂(下称双马或BMI)是一种典型的耐热型热固性树脂。

其优越性能如加工性能、粘结性、电绝缘性、耐疲劳性、高强度以及耐湿热能力使之作为基体树脂或粘胶剂广泛应用于先进复合材料领域、多层印刷电路板以及电绝缘器件等电子电器行业[1]。

BMI树脂的性能及应用不仅与其结构、组成有关,而且深受固化方式、工艺以及反应路径的影响。

本文重点介绍近年来国内外关于BMI树脂的热固化、微波固化、电子束固化以及紫外光固化等技术的研究情况,并对固化机理进行了系统分析。

热固化是BMI及其改性树脂最常用的固化方法,典型的XU292、QY8911等BMI 树脂的固化、后处理温度一般均高达200~250℃。

高温固化导致复合材料成型困难,生产周期延长,残余热应力增大,优异性能难以充分发挥[2]。

研究者曾采用加入催化剂的方法降低了BMI的固化温度,但是固化周期仍然较长,且固化物的脆性增大。

王汝敏等[3]研究发现在XU292树脂中加入引发剂可以大幅降低其固化温度,固化放热峰由250℃降至172℃;且低温固化树脂的耐热性没有降低,例如:180℃后处理的含引发剂树脂的玻璃化转变温度(Tg)为300℃,而250℃固化不含引发剂树脂的Tg为285℃;但是加入引发剂后拉伸强度由95.2 MPa降至51.2 MPa,弯曲强度由188 MPa降至114 MPa。

BMI树脂热固化引发机制,尚无定论。

Brown和Hopewell都用电子自旋共振研究了二苯甲烷型BMI树脂(BDM)的本体聚合反应,但两人提出了不同的反应机理[4-5]。

Brown认为BDM聚合过程中双键在热能作用下均裂产生双自由基,马来酰亚胺双自由基迅速与BDM桥键中的次甲基发生夺氢反应生成马来酰亚胺单自由基和二苯甲烷自由基;二苯甲烷自由基由于超共轭效应较稳定不易引发聚合,因此链增长反应主要由马来酰亚胺单自由基引发[4]。

Hopewell认为BDM双键为贫电子键,热引发难以发生均裂反应,而可行的机理(图1)是以一个酰亚胺环中的羰基为电子给体、另一个酰亚胺中缺电子的双键为电子受体通过形成电子给-受体络合物的途径产生2个独立的自由基,然后引发链增长反应[5]。

由于BMI树脂的本体热聚合是通过自由基引发机制进行,因此加入自由基引发剂能促进BMI树脂的固化反应,而酚类化合物可以阻滞反应的进行。

Brown在6-马来酰亚胺基-l-(4’-马来酰亚胺苯基)-1,3,3-三甲基二氢化茚 (CIBA)中加入5%的过氧化苯甲酰使其固化反应峰值温度由300℃降至100℃;而在BDM中加入自由基捕捉剂二叔丁基对甲酚固化放热峰值温度由218℃增加至271℃[4]。

尽管自由基引发剂能够显著降低BMI树脂的固化温度,但是大多数自由基引发剂(过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈)由于分解温度低于BMI树脂的熔点、半衰期太短或在引发过程中产生小分子挥发物等缺点而不适合用于BMI树脂的固化[6-7]。

BMI树脂除了通过热引发或自由基引发剂引发的热固化外也可以用叔胺、咪唑、三苯基磷(TPP)、纳米颗粒等为引发剂进行阴离子聚合[8-11]。

Swan等[9]提出了叔胺催化BDM阴离子聚合的可能机理。

Sumio等[10]对三苯基磷引发BDM固化的机理进行了详细的研究,发现TPP能够显著降低BDM的固化温度,且在酚羟基的作用下促进效果更为明显;他们还通过核磁结果证实酚羟基的存在改变了固化反应的产物,BDM/TPP体系的产物主要是BDM聚合物或低聚物,而酚羟基存在的体系主要是BDM的三聚体。

雷毅等[12]以烯丙基苯基醚和N-苯基马来酰亚胺(PMI)为模型探讨引发剂对烯丙基化合物改性的BMI树脂体系的影响。

研究结果表明自由基引发剂能够引发PMI自聚以及PMI双键与烯丙基的共聚反应,不能引发烯丙基自聚;而阴离子引发剂则只能引发PBMI自聚。

微波固化的实质也是一种热固化。

微波固化是利用微波的热效应从内部对树脂进行均匀加热使其官能团发生反应。

与传统的热固化相比,微波固化具有速度快、周期短、易控制、高效节能以及设备投资少的优点[13]。

此外,加热固化是一种热传导过程,材料内部存在温度梯度,使得树脂固化很难均匀和完全,易于产生较大的内应力。

因而,微波固化能使材料的物理性能和机械性能得到改善。

Mijovic J等[14]采用原位近红外光谱技术研究了2,2’-二烯丙基双酚A(DAPA)改性BDM树脂体系在140~200℃内热引发和微波引发等温固化的机理,发现两者并无差别。

Zainol等[15-16]采用微波加热和加热炉加热2种方式固化了Matrimid 5292A树脂,发现微波固化的速度远高于传统的热固化;固化物的Tg 受加热方式影响,在固化度较低时2种方式固化试样的Tg相近,而当固化度高于0.6时微波固化试样的Tg低于热固化试样。

红外和固体13C-NMR跟踪研究发现不同固化阶段2种固化物的化学结构一致,而DMA研究结果却显示热固化试样树脂的储能模量和损耗因子与微波固化试样有明显不同。

Liptak等[17]研究了分别经热固化和微波固化Matrimid 5292A/B树脂的动态热机械性能,结果表明微波固化聚合物的储能模量随温度缓慢降低但在250℃以上又有小幅度的增加,而热固化没出现类似现象。

这说明微波固化聚合物的交联密度比热固化聚合物的低。

而力学性能试验表明聚合物的断裂韧性不受固化方式的影响。

微波固化交联密度较低可能由两方面的原因导致:一方面微波加热时凝胶化速度快使得较多反应性基团被包裹,从而导致固化物残存有较多的反应性基团;另一方面交联度的增加降低了偶极子的活动能力从而导致了微波热效应的降低。

电子束固化是以电子加速器产生的高能(150~300 kev)电子束为辐射源诱导反应性液体树脂体系快速转变成固体的过程。

与传统热固化工艺相比较,电子束固化作为一种非加热加压的固化方法,具有节约、固化迅速、工装简易、工艺灵活性大、工艺匹配性好、无挥发物释放等优点[18-19]。

因此电子束固化技术作为先进复合材料低成本制造的重要技术之一受到国内外研究者的关注。

缪培凯等[20]研究了电子束辐照效应对BDM结构和热性能的影响。

随着辐射剂量的增加,BDM的凝胶率迅速提高;红外谱图显示电子束辐照不仅引起了BDM双键的交联,也使得分子主链中的亚甲基电离激发产生自由基进而发生交联(图2);热失重谱图显示随着辐射剂量的增加,固化物初始分解温度显著提高而高温残炭率几乎没有变化。

Florence 等[21]对反应性稀释剂的含量、BMI树脂体系中的杂质、催化剂、辐射剂量等因素对电子束固化BMI树脂的影响进行了全面研究。

结果表明电子束不能够使纯BMI发生固化,只有加入活性稀释剂的树脂体系才能被电子束诱导固化,且稀释剂含量和辐射剂量增加都有利于BMI完全反应,但稀释剂加入过量则降低了固化物的耐热性;另外,阴离子催化剂的加入也能促进BMI完全转化。

Li等[22]研究发现低强度的电子束不能使BMI固化而高强度的电子束之所以能使BMI固化度提高是因为电子束辐射使反应体系温度升高引起的热固化;另外,引发剂只能在低转化率的时候加快固化反应速度并不能提高总的转化率。

秦涛等[23-24]在BDM和双酚A二苯醚型BMI的低熔点混合物中加人适量的活性稀释剂、催化剂、增韧剂等方法研制出一种适于电子束固化的BMI树脂体系(C4)。

经过300kGy的电子束辐射,所得浇铸体的Tg达到260℃,热分解温度为375℃,室温模量为4.2 GPa,120℃模量为3.5 GPa。

以C4树脂为基体经电子束辐射固化制备的碳纤维单向层的Tg为263.2℃,拉伸模量为128 GPa,弯曲模量为103.3 GPa,拉伸强度为1184 MPa。

吕智等[25]详细探讨了活性稀释剂、辐射剂量对BMI树脂电子束固化的影响,分析了固化机理,并比较了电子束辅助固化与相应热固化制备的碳纤维增强BMI树脂基复合材料的机械性能。

紫外光(UV)固化是指在适当波长和光强的紫外光照射下,光固化树脂体系中的光引发剂吸收辐射能后形成活性基团,进而引发体系中反应性基团(不饱和双键、环氧基团等)发生聚合、交联或接枝等反应使低分子物质迅速转变为交联高分子产物的化学过程。

与热固化相比,光固化具有诸多的优点,如能耗低,固化时无溶剂挥发、低污染,固化涂层物化性能优异等 [26]。

BMI树脂在UV固化过程能够起到光引发和聚合双重作用。

Yamada等[27]首先报道了马来酰亚胺在无光引发剂情况下经光照可以发生聚合反应。

Decker等[28-30]详细研究了N-烷基BMI树脂光引发的机理及影响因素。

N-烷基BMI在光引发下的均聚反应具有很高的反应活性,可以与丙烯酸酯树脂/光引发剂体系的反应活性相匹敌且比后者有更高的转化率。

N-烷基BMI光引发聚合过程是通过激发态的马来酰亚胺从供氢体(烷基)中提取氢后形成2个活性自由基从而引发聚合,因此聚合过程需要供氢体的存在,而夺氢反应可以在分子内进行也可以在分子间进行(图3)。

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