对甲基苯甲醛-煤沥青COPNA树脂热解产物的结构和性能研究.pdfVIP

c复合材料原材料 对甲基苯甲醛一煤沥青COPNA树脂 热解产物的结构与性能研究① 李铁虎林起浪冀勇斌王文志 李 昊 (西北工业大学材科科学与工程学院．西安，710072) 摘要本文进行了以煤沥青为单体、对甲基苯甲醛(PMB)为交联剂缩 合多核芳烃(COPNA)树脂热解产物的结构与性能研究。采用FT—IR研究谊 树脂的热解过程：采用元素分析研究树脂热解过程的c、H、N含量：采用光 学偏光显微镜研究其热解产物的光学结构。研究表明，该树脂含有大量的甲基 和亚甲基；随着热解温度的升高，树脂中的甲基和亚甲基特征峰的吸收强度逐渐 减弱，芳构化程度提高；此外，该树脂热解产物的光学结构为广域(D)组织。 关键词PⅧCOPNA热解结构性能 缩合多核芳烃(COPNA)树脂是20世纪80年代中期由日本化学家大谷杉郎发明的， 并为人们广泛关注的新型热固性高分子材料…。COPNA树脂集热稳定和易加工性为一体， 固化后的树脂具有很高的热稳定性。该树脂由缩核多环芳烃结构连接而成，与石墨化处理的 中温阶段产物结构极为相似，可作为研究该温度范围内化学反应具有良好重现性的模型化合 物，可望对过渡态碳的研究奠定技术基础。最初的COPNA树脂是以菲为单体，对苯二甲醇 为交联剂，对甲苯磺酸为催化剂，温度控制在100—120。c下合成线型的B阶树脂，并在200— 300℃下使之固化制得的。随着研究的深入，单体已选用萘、蒽、芘等芳香烃衍生物，交联 剂已选用甲醛、三聚甲醛、对苯二甲醇等。本课题组以煤沥青为单体，对甲基苯甲醛(PMB) 为交联剂，在对甲苯磺酸的催化作用下合成了性能优良的COPNA树脂“J。本文主要进行该 树脂热解产物的结构与性能研究。 1试验部分 1．1 COPNA树脂的热解 400℃、450℃、500℃)，冷却后取样。 1．2性能测试 化。测定条件：KBr压片，分辨率0．2cIIl～，扫描次数16次／秒，扫描范围400，4000锄～。 ①航空支撑资助项目41801060501。 346 NCCM—L3复合材料——成本、环境与产业化 H、N含量的变化。 构。热解产物用硫磺包埋后，经磨片、抛光后制得样片。 2结果与讨论 2．1 FT—IR分析 cm。 圈1为B阶COPNA树腊在不同热解温度下的FT—IR。200℃时树赠在2922cln‘1和2900 处有甲基和亚甲基的C—H伸缩振动峰，这是由于对甲基苯甲醛与沥青中的小分子发生交联反 应生成大量的甲基和亚甲基形成的Izj。从图中可以看出在1438．6cm。1有吸收峰，这是苯环骨 架发生振动而引起的。此外，在1226cm～、1180cm～、1126cm～、1035cm“有特征吸收峰， 这是S=O伸缩振动而引起的，其官能团是一S030H。由图1可知，随着热解温度的升高。甲 基和亚甲基的c—H伸缩振动峰及弯曲振动峰的吸收强度逐渐减弱，这是由于甲基的脱除或者 与沥青中的活性分子发生热聚合形成更大的芳香族化合物9J，而亚甲基不断进行脱氢芳构化 的缘故。另外，随着热解温度的升高，S=O特征吸收峰的吸收强度发生了很大的变化。当热 解温度为300。C时，S=O特征吸收峰的峰型仍保持较好，且吸收强度没有发生变化，说明对甲 苯磺酸参与了缩合反应；当热解温度为400q2，该吸收峰基本消失，这表明S=O已消失。 ^式v8薯!Ⅱ日q月J工 Waveaumber(ore-1) 图1 COPNA树脂在不同热解温度F的FT—IR 2．2元素分析 表l是不同热处理温度下B阶COPNA树脂的元素分析数据，从中所列数据可以看出，随 着热解温度的升高，C／H比相应增加，说明体系的芳香度提高。当热处理温度在200—300C 范围内，C／H(原子比)变化较小，其值由1．768变为1．773，变化幅度0．28％；当热处理 25．43％。这时热解反应最为剧烈。