固化反应可控的新型高性能氰酸酯树脂体系的制备及相关性能研究

氰酸酯(CE)树脂被公认为是"二十一世纪制备结构/功能材料最具竞争力的树脂品种",在航空航天、电子信息等尖端技术领域具有巨大的应用潜力。但其存在固化反应温度高、固化工艺不易控制、固化物韧性差等瓶颈问题，严重制约CE树脂的研究与应用。本项目首次提出利用微胶囊技术来解决上述问题的新思路。研究内容主要包括新型微胶囊的设计与合成、CE树脂/微胶囊体系的制备、微胶囊缓释释放与树脂固化反应性关系的考察、微胶囊增韧CE树脂的作用机制的研究等。通过本项目的研究，阐明微胶囊的结构与性能与囊芯催化剂的缓释释放及与CE固化行为的关系，探索CE树脂/微胶囊体系的结构与性能的主要影响因素，实现CE树脂固化反应可控与增韧的双重目标，获得固化反应可控的高性能CE树脂体系，建立包括CE树脂在内的热固性树脂改性的新的理论框架和技术原型，并积极推动高性能热固性树脂及其相关材料的研究与应用。

针对氰酸酯(CE)树脂固化反应温度高、固化工艺控制难及固化物韧性差等问题，项目利用微胶囊技术实现CE固化反应可控及增韧的双重目标。. 首先，以CE和环氧树脂(EP)为原料，咪唑为催化剂，合成CE/EP聚合物微球(MS)，然后以尿素、甲醛为壁材原料，以MS为囊芯，合成聚脲甲醛(PUF)包覆MS微胶囊(PUF-MS)；其次，以二月桂酸二丁基锡 (DBTDL)及DBTDL-CE化合物为囊芯，以尿素和甲醛为壁材原料，合成PUF包覆PUF-DBTDL及DBTDL-CE微胶囊。再则，以EP为囊芯，以2,6-二甲基苯酚为壁材原料，在水介质中合成聚苯醚(PPO)包覆EP微胶囊(PPOMCs)(或PPO-EP微球(PPOMS))。利用傅立叶红外光谱(FTIR)、拉曼(Raman)光谱、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、差示扫描量热法(DSC)及热失重分析法(TGA)等分研究了微胶囊(或微球)结构与性能。结果表明，通过调节不同工艺参数可控制微胶囊(或微球)的尺寸与表面形貌。优化工艺可成功合成具有良好耐热性能的、具有一定的耐溶剂性及力学性能的微胶囊(或微球)。. 将微胶囊(或微球)加入到CE树脂中，利用FTIR、DSC研究微胶囊(或微球)对树脂的反应性影响及其相互作用行为，利用 TGA、动态力学分析仪(DMA)分析微胶囊(或微球)对树脂热性能影响，探讨了微胶囊(或微球)对材料力学性能的影响，采用SEM技术观察了材料的断面形貌，分析了微胶囊(或微球)对材料的增韧机理。结果表明，微胶囊(或微球)可以催化CE树脂反应，明显降低其固化反应温度，通过添加不同含量的微胶囊(或微球)，利用微胶囊对囊芯的缓释作用及囊壁表面的催化活性基团，在热条件下可控制CE的反应速率。与高温制备的纯CE相比，低温制备的含适量微胶囊(或微球)的CE体系可具有较高的力学性能，且具有优异的耐热性及低的介电性能。. 微胶囊(或微球)对CE主要增韧机理包括：(1)微胶囊(或微球)可抑制或钝化裂纹进一步扩展；(2)在三轴应力的作用下，微胶囊(或微球)可引发微裂纹和剪切带，吸收能量；(3)微胶囊(或微球)脱离树脂基体可吸收能量，提高材料韧性；(4)微胶囊(或微球)与树脂基体界面处形成柔性过渡性可提高材料韧性。