元素粘稠物怎么做（采用PBZ和PAD制备PPA）

文 | 论芸轩

编辑 | 论芸轩

●○前言○●

随着航空航天、高铁、核电等领域的快速发展，对高性能、耐高温、耐腐蚀的材料需求日益迫切。

有机-无机杂化材料因其独特的性能和多样的组合方式，在这些领域中得到了广泛的关注和应用。

硅炔杂化树脂作为有机-无机杂化材料的一种，因其卓越的性能在诸多领域展现出巨大的应用潜力。

硅炔杂化树脂将有机成分和无机成分融合在一起，充分发挥了有机物与无机物各自的优势。

其中硅元素的引入不仅显著提高了树脂的耐热性能，还在加工性、化学稳定性、介电性和溶解性等方面带来了明显的改进。

这些优点使得硅炔杂化树脂在航空航天、高铁、核电等高温、高性能环境下的应用具有独特的优势。

尽管硅炔杂化树脂在耐热性方面表现出色，但其在实际应用中仍然面临一些挑战。硅炔杂化树脂通常具有较高的黏度和固化温度，导致加工难度较大，固化物易产生脆性，而且与纤维的结合性较差，从而影响了复合材料的力学性能。

为了克服这些问题，研究者们不断探索各种改性方法，试图在保持硅炔杂化树脂优越性能的基础上，进一步优化其加工性能和复合材料的性能。

通过采用苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD共混改性的方法，对聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）树脂进行改性，制备了一种新型的改性硅炔杂化树脂PPA。

●○硅炔杂化树脂的性能和应用○●

硅炔杂化树脂作为有机-无机杂化材料的一种，融合了有机成分和无机成分的优势，具有多方面的出色性能，因此在航空航天、高铁、核电等领域有着广泛的应用。

硅炔杂化树脂的一个主要优势是其卓越的耐热性能。硅元素的引入使树脂能够在高温环境下保持稳定性，甚至在1000℃以上的高温条件下也能保持较好的性能。

这使得硅炔杂化树脂在航空航天领域的高温结构件、高铁车辆的耐火结构以及核电站中的耐高温材料等方面得到广泛应用。

硅炔杂化树脂在加工性和化学稳定性方面也表现出色。引入硅元素可以降低树脂的黏度，提高流动性，有利于树脂的成型和加工过程。

硅炔杂化树脂还表现出良好的化学稳定性，能够抵御腐蚀和氧化等环境因素的影响，从而延长材料的使用寿命。

硅炔杂化树脂的引入还可以显著改善其介电性能和溶解性。在电子器件制造领域，硅炔杂化树脂因其优越的介电性能常被用作绝缘材料，其良好的溶解性使其在制备涂层、薄膜等材料时具备优势。

硅炔杂化树脂广泛应用于航空航天、高铁和核电等领域。在航空航天领域，其高温稳定性使其成为制造高温发动机零部件、热防护结构和航天器热控制系统的理想材料。

在高铁领域，硅炔杂化树脂在车辆外壳、内饰和耐火结构中发挥着关键作用。在核电领域，其耐高温性和化学稳定性使其成为核电站中用于燃料储存和辅助设备的重要材料。

硅炔杂化树脂以其出色的耐热性、加工性、化学稳定性和介电性能，在航空航天、高铁、核电等高要求领域有着广泛的应用。

材料科学的不断发展，硅炔杂化树脂有望在更多领域取得更多突破，为高性能材料的应用提供更多可能性。

●○改性方法及其机理○●

为了进一步优化硅炔杂化树脂的性能，提高其加工性和复合材料的力学性能，采用苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD共混改性的方法，对聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）树脂进行了改性，制备了一种新型的改性硅炔杂化树脂PPA。

改性硅炔杂化树脂PPA的制备方法主要包括将苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD共混与聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）树脂混合，通过一定的工艺条件使它们充分反应。

改性的过程通常涉及材料的混合、搅拌、加热等步骤，以确保改性剂与树脂充分交互作用，实现性能的综合优化。

苯并恶嗪PBZ是一种含有氮杂环结构的化合物，而氨基稀释剂PAD含有氨基基团。这些改性剂的引入可以在分子层面与聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）树脂中的基团发生相互作用，从而改变树脂的结构和性能。

一方面，苯并恶嗪PBZ的氮杂环结构可能与树脂中的氢键、堆积等相互作用发生反应，从而影响分子链的排列和链间距离。导致树脂结构的松散化，降低树脂的黏度和固化温度，从而改善树脂的流动性和加工性。

另一方面，氨基稀释剂PAD中的氨基基团可能与聚（间二乙炔基苯-甲基氢硅烷）树脂中的官能团发生胺酯、胺缩酮等反应，形成交联结构或支化结构。这可以提高树脂的固化度，增加固化物的强度和韧性，从而改善复合材料的力学性能。

苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD共混改性可以通过调整树脂的分子结构和交联结构，从而综合改善硅炔杂化树脂的流动性、加工性、固化度和力学性能等性能，这种改性方法为制备具有优越性能的改性硅炔杂化树脂提供了新的途径。

●○PPA树脂的性能○●

PSA树脂和PBZ树脂在常温下均是高黏度液体，PAD呈现低黏度液体状，三者混合后形成低黏度均相溶液。

常温下随着PBZ含量的增加，PPA树脂的黏度逐渐增加到4000mPa·s，升高温度，共混树脂的黏度逐渐降低，当温度达到40℃时，PSA树脂的黏度降至100mPa·s；

PPA-1、PPA-2和PPA-3的黏度分别为230mPa·s、230mPa·s和640mPa·s，均满足RTM成型工艺对于树脂黏度在200~800mPa·s之间的要求。

根据RTM成型工艺的要求及黏度测试的结果，选取PPA-3树脂测试其在不同温度下黏度随时间变化情况。

PPA-3树脂在各温度下黏度均能保持稳定，没有出现黏度快速增长，发生凝胶的现象，能够长时间保持低黏度状态，确保树脂可以完全注射并充分浸润树脂，选择40℃作为PPA树脂的RTM成型工艺的注射温度。

PPA树脂在常温下是黏稠状的树脂，随着温度升高，黏度逐渐降低，温度升至40℃时，PPA树脂的黏度降至500mPa·s以下。

温度在40℃-145℃之间，黏度稳定在100~400mPa·s。PPA-1、PPA-2、PPA-3树脂黏度突变的温度分别为157.2℃、149℃和145℃，表明树脂开始发生交联聚合反应，黏度快速增大，开始发生凝胶现象，黏度突增的起始温度随PBZ含量的增加而逐渐降低，表明PBZ可以加快树脂的凝胶速度。

PPA树脂的凝胶时间随着温度的提高而逐渐减小，在160℃时，PPA树脂的凝胶时间分别为23.5min、20.1min和18.2min，当温度升至200℃时，凝胶时间分别缩短至5.1min、4.0min和3.0min。

凝胶时间随着PBZ含量的增加呈现逐渐减小的趋势，这与流变分析以及DSC的结果相互对应。

●○PPA树脂的耐热性能○●

PSA树脂在氮气和空气中的Td5分别为689.8℃和563.1℃，1000℃的质量保留率分别为91.36%和31.26%，耐热性能优异。PPA树脂的耐热性能随着PBZ的含量增加呈现下降的趋势。

PPA-1树脂在氮气中的Td5下降至613.7℃，1000℃的质量保留率为89.13%，表明PBZ和APA的加入对PPA树脂的耐热性能产生不利的影响。

但是PBZ和APA中的乙炔基可以与PSA树脂的乙炔基相互交联形成致密的网状结构，使得PPA树脂仍然表现出优异的耐热性能。

空气中PPA-1树脂的Td5为568.3℃，相较于PSA树脂还有所提升，PPA-3树脂的Td5为538.6℃，下降幅度较小，质量保留率则下降至21.66%，原因是PSA树脂中Si元素含量较高。

PBZ和APA中不含该元素，PPA树脂中Si元素含量相对减少，因此PSA树脂质量保留率较高，PPA树脂则明显下降，但Si元素对Td5影响不大，PPA树脂的Td5只是稍有降低。

●○复合材料性能评价○●

QF/PSA和QF/PPA复合材料在室温（RT）和400℃热老化2h后的弯曲强度和层间剪切强度。

QF/PSA复合材料室温弯曲强度为156.9MPa，加入PBZ/PAD后，QF/PPA复合材料的力学性能明显提高，QF/PPA-3复合材料的室温弯曲强度为390.6MPa，相较于QF/PSA复合材料提高了148.9%。

400℃高温热老化2h后的QF/PPA复合材料弯曲强度随着PBZ含量的增加而逐渐提高，弯曲强度的保留率超过了70%，在高温下仍然保持较好的弯曲性能。

层间剪切强度的变化规律与弯曲强度相同，QF/PPA-3复合材料室温和400℃热老化2h后的层间剪切强度分别为27.3MPa和20.9MPa，相比于QF/PSA复合材料分别提高了120.2%和124.7%。结果表明，引入PBZ树脂可以有效提高PSA复合材料的力学性能。

●○QF/PPA复合材料的热性能○●

QF/PPA复合材料的tanδ曲线在500℃前均没有出现峰值，表明其玻璃化转变温度均高于500℃，耐热性能较好。

QF/PPA-1复合材料的储能模量随着温度有小幅的提升，没有其余明显的变化，表明树脂固化程度高，稳定性强；

QF/PPA-2复合材料在400℃前储能模量较为平缓，表明树脂的固化程度较高，复合材料的储能模量较为稳定，而400℃后储能模量开始下降，原因可能是分子链段受热运动，导致了储能模量的下降；

QF/PPA-3复合材料随着温度升高储能模量大幅提高，表明树脂进一步固化，复合材料的刚性增加，表明其具有优异的耐热性能。

●○结论○●

通过苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD共混改性，成功优化了硅炔杂化树脂的性能，进一步提高了其在复合材料领域的潜力。

改性硅炔杂化树脂PPA在黏度、固化行为、流变特性和耐热性等方面都表现出明显的改善。

其改性机理主要包括苯并恶嗪PBZ和氨基稀释剂PAD的引入，增强了树脂的交联和支化结构。

基于PPA树脂的复合材料在力学性能和热性能方面表现出显著的优势。力学性能的提升归因于树脂基体的改性，而热性能的提升则体现了改性树脂的耐热特性。

基于PPA树脂的复合材料在航空航天、高铁和核电等领域有着广阔的应用前景。其优异的耐热性、力学性能和热性能使其成为高温环境中的理想材料选择。

通过改性方法优化硅炔杂化树脂的性能，并将其应用于复合材料中，有望在航空航天、高铁、核电等领域取得更多的突破，为高性能材料的发展做出贡献。