耐高温硅树脂改性硼酚醛树脂-玻璃纤维层压板的制备与性能研究

Preparation and Performance Study of High-temperature-resistant Silicone Resin-modified Boron Phenolic Resin-glass Fiber Laminates

摘要

以六甲基二硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯为原料合成乙烯基硅树脂（VMTQ），对其结构进行表征。利用VMTQ作为耐高温填料对硼酚醛树脂（BPF）进行改性，采用模压工艺制备不同VMTQ含量的玻璃纤维布-乙烯基硅树脂/硼酚醛树脂（GF-VMTQ/BPF）层压板，探究VMTQ对BPF和GF-BPF的耐高温性、疏水性能、力学性能的影响。结果表明：VMTQ的加入提升了BPF的耐高温性能，3%VMTQ/BPF在1 200 ℃下静态烧蚀残留率达56.4%，相比纯BPF的28.8%提高95.8%；3%GF-VMTQ/BPF动态烧蚀3 min后质量烧蚀率降至0.002 2 g/s，相比GF-BPF的0.005 3 g/s降低58.5%；最高背温从纯GF-BPF的690.6 ℃降低至684.7 ℃。VMTQ的加入提高了VMTQ/BPF的初始分解温度和800 ℃下残炭率（R₈₀₀），3%VMTQ/BPF的初始分解温度为222.4 ℃，相比纯BPF的172.1 ℃提升了29.2%，R₈₀₀由39.7%提高至58.5%。VMTQ的加入提升了GF-BPF层压板的疏水性能和力学性能，3%GF-VMTQ/BPF的接触角由GF-BPF的111.2°提高至125.4°；冲击强度由GF-BPF的124.9 kJ/m²提高至131.7 kJ/m²。制得的耐高温层压板有望在新能源汽车电池封装盒等领域得到应用。

Abstract

Vinyl silicone resin (VMTQ) was synthesized using hexamethyldisiloxane, vinyltrimethoxysilane, and tetraethoxysilane as raw materials, and its structure was characterized. VMTQ was used as a high-temperature-resistant filler to modify boron phenolic resin (BPF). Glass fiber fabric-vinyl silicone resin/boron phenolic resin (GF-VMTQ/BPF) laminates with different VMTQ contents were prepared using a compression molding process, and the effects of VMTQ on the high-temperature resistance, hydrophobic properties, and mechanical properties of BPF or GF-BPF were investigated. The results show that the addition of VMTQ enhances the high-temperature performance of BPF. The static ablation residual rate of 3%VMTQ/BPF at 1 200 ℃ reaches 56.4%, which is 95.8% higher than that of pure BPF (28.8%). The mass ablation rate of 3%GF-VMTQ/BPF after three minutes of dynamic ablation decreases to 0.002 2 g/s, which is 58.5% lower than 0.005 3 g/s for GF-BPF. The maximum back-face temperature decreases from 690.6 ℃ for pure GF-BPF to 684.7 ℃. The addition of VMTQ increases the initial decomposition temperature and carbon residual rate at 800 ℃ (R₈₀₀) for VMTQ/BPF. The initial decomposition temperature for 3%VMTQ/BPF is 222.4 ℃, which is 29.2% higher than that of pure BPF 172.1 ℃ , and R₈₀₀ increases from 39.7% to 58.5%. The incorporation of VMTQ improves the hydrophobic properties and mechanical properties of GF-BPF laminates, with the contact angle of 3%GF-VMTQ/BPF increasing from 111.2º for GF-BPF to 125.4º, and the impact strength increasing from 124.9 kJ/m² for GF-BPF to 131.7 kJ/m². The high-temperature-resistant laminates have promising applications in material safety, such as in battery packaging for new energy vehicles.

Graphical abstract

关键词

硼酚醛树脂 / 硅树脂 / 玻璃纤维 / 层压板 / 耐高温

Key words

Boron phenolic resin / Silicone resin / Glass fiber / Laminate / High-temperature resistance

随着新能源汽车的快速发展，其电池的使用安全性问题日益受到人们的关注。电池壳体是电池模块安全防护的关键，提高电池壳体的耐高温性能可以降低新能源车的自燃频率，从而减少生命财产的损失。玻璃纤维布-聚合物层压板因其质量轻、机械强度高等优点，取代了大多数传统金属，如钢和铝^[1]，在汽车、航空航天等领域得到广泛应用^[2-6]。

研究人员选用不同基体树脂、添加增强填料等以提升层压板的力学性能和耐热性能^[7-11]。YE等^[12]采用三聚氰胺改性的糠胺基苯并噁嗪树脂与玻璃纤维布制成层压板，树脂中总胺含量为30%时，层压板抗弯模量和抗弯强度达到26 242 MPa和498 MPa。SHEN等^[13]采用三聚氰胺和六亚甲基二胺反应合成一种新型热固性树脂，该树脂与玻璃纤维布制成的层压板在室温下抗弯强度达541 MPa，热挠曲温度在300 ℃以上。POLIAKOVA等^[14]合成了羟基被邻苯二腈完全取代的低聚酚醛树脂，另加25%低聚酚醛树脂作为固化剂，固化后，与玻璃纤维布制得的层压板的弯曲强度达946 MPa，拉伸强度达698 MPa。

在树脂中加入填料也可提高玻璃纤维增强层压板的力学性能。DEHGHANIAN等^[15]研究纳米氧化铝对浸水玻璃纤维布/酚醛树脂层压板抗弯强度的影响，指出浸水后氧化铝纳米颗粒质量分数为0.25%时，层压板抗弯强度为142 MPa，相比未加纳米颗粒的样品提高19.8%，同时吸水率降低，层间附着力增加，从而使玻璃纤维与树脂的黏附性能增加。硅树脂因结构中的Si—O的键能远高于C—C和C—O的键能，与C—C和C—O作为骨架的树脂相比，具有更好的热稳定性能和力学性能，已被用作陶瓷熔块涂层的黏合剂^[16]。LI等^[17]将含双酚化合物[4,4'-(1,5二丙基-3,3-二苯基-1,1,5,5-四甲基三硅氧烷)双-2-甲氧基苯酚的硅树脂引入酚醛树脂，制得剑麻纤维增强酚醛树脂复合材料，该材料具有低烟、阻燃、电绝缘性能，且冲击强度相比普通酚醛树脂复合材料高50%以上。LIU等^[18]将甲基三甲氧基硅烷引入酚醛树脂中，当热失重30%时，热失重温度相比酚醛树脂高66%，抗弯强度和冲击强度分别提高约14%和6%，热稳定性和力学性能均有不同程度的提高。

常规酚醛树脂结构中的酚羟基和亚甲基易被氧化，硼改性酚醛树脂(BPF)在一定程度上相比酚醛树脂封锁了易于氧化的酚羟基，具有较高的热稳定性及高质量残余率。以自制的乙烯基硅树脂(VMTQ)为改性剂，采用手工铺层法制备硅树脂改性、玻璃纤维布增强的硼改性酚醛树脂层压板(GF-VMTQ/BPF)，并对VMTQ的结构进行表征，对层压板的力学性能、热稳定性能、耐高温性能、疏水性能等进行研究，以期得到可用于新能源汽车电池封装盒的性能安全的复合材料。

1 实验部分

1.1 主要原料

六甲基二硅氧烷(HMDSO)，C₆H₁₈Si₂O，质量分数99%，上海麦克林生化科技股份有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO)，C₅H₁₂O₃Si，质量分数98%，山东科源生化有限公司；正硅酸乙酯(TEOS)，C₈H₂₀O₄Si，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；无水乙醇，C₂H₅OH，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；冰醋酸(HAc)，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；热固性硼改性酚醛树脂(BPF)，硼质量分数1%，工业级，徐州熠辉扬新材料有限公司；E-玻璃纤维布(GF)，工业级，江苏镇江安之盾高温纤维制品有限公司。

1.2 仪器与设备

旋转式黏度计，NDJ-1，上海力辰邦西仪器科技有限公司；平板硫化机，50T，邢台佩特机械制造有限公司；傅里叶红外光谱仪(FTIR)，Spectrum 400，美国PerkinElmer公司；核磁共振波谱仪(¹H NMR)，Bruker AVANCE Ⅲ HD 500MHz，德国布鲁克科学仪器有限公司；管式电炉，SK3-6-12，南京亚玥五金机电销售中心；热重分析仪(TG)，TGA8000，美国 Perkin Elmer 公司；液滴形状分析仪，DSA-100S，德国克吕士公司；机械式简支梁冲击试验机，JC-25，承德精密试验机有限公司；微机控制电子万能试验机，RGT-20A，深圳市瑞格尔仪器有限公司。

1.3 样品制备

1.3.1 VMTQ的制备

图1为VMTQ的合成路线。M、T、Q分别为Si的官能度为1、3、4时的硅化合物HMDSO(M单元)、VTMO(T单元)和TEOS(Q单元)。参考ZHU等^[19]的研究结果，采用单位硅原子物质的量比为3∶7∶5。将1.22 g (7.5 mmol)HMDSO、5.19 g (35 mmol) VTMO、3.4 g H₂O、3 g C₂H₅OH和1 mL HAc加入100 mL圆底烧瓶中，搅拌，同时以2 滴/s的速率滴加5.21 g (25 mmol) TEOS。之后，缓慢加热至70 ℃，继续搅拌反应6 h。旋蒸除去反应过程中产生的副产物甲醇、水等小分子物质，制得无色透明黏稠状VMTQ，加入一定量的C₂H₅OH调节，最终制得密度为0.5 g/mL的硅树脂乙醇溶液。

1.3.2 VMTQ/BPF树脂的制备

表1为VMTQ/BPF树脂的配方及黏度。按照表1配方的比例，取一定量BPF粉末于烧杯中，加入25 g C₂H₅OH，加热至充分溶解，加入相应量的VMTQ，搅拌均匀。冷却至室温备用。采用旋转式黏度计对树脂黏度进行测试。实验采用3号转子。

1.3.3 GF-VMTQ/BPF层压板的制备

为确保上胶量的稳定性，将不同VMTQ含量的树脂冷却至室温后，采用乙醇对其黏度进行调节。之后，首先将调节黏度后的树脂用毛刷涂敷在金属板上，覆上30 cm×30 cm的玻璃纤维布，然后将树脂均匀涂覆在玻璃纤维布表面，再覆上一层玻璃纤维布，再将树脂均匀涂覆在玻璃纤维布表面，如此重复涂完七层玻璃纤维布后，于80 ℃下烘焙30 min。最后在5 MPa下，采用平板硫化机对其进行热压。图2为GF-VMTQ/BPF层压板制备流程及热压程序。热压结束后，自然冷却至室温，之后脱模取出，制得GF-VMTQ/BPF层压板，将其裁剪备用。

1.4 性能测试与表征

FTIR测试：采用涂膜法，利用傅里叶红外光谱仪对VMTQ进行测试。扫描范围为400~4 000 cm^-1，扫描次数为32次，分辨率为4 cm^-1。

¹H NMR测试：采用DMSO-d₆作溶剂，利用核磁共振波谱仪对VMTQ进行测试，内标物为四甲基硅烷。

静态烧蚀残留率测试：将2 g VMTQ/BPF固化后的粉末放入恒重瓷舟中，置于温度分别为400、600、800、1 000、1 200 ℃的管式电炉中，在空气气氛下煅烧30 min，冷却，称重。烧蚀残留率(R)的计算公式为：

R=\frac{m_{\mathrm{2}}-m_{\mathrm{0}}}{m_{\mathrm{1}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}(1)

式(1)中：R为试样残留率，%；m_{\mathrm{0}}为瓷舟质量，g；m_{\mathrm{1}}为试样质量，g；m_{\mathrm{2}}为烧蚀后残留物加瓷舟质量，g。

动态烧蚀隔热性能测试：将50 mm×50 mm大小的GF-VMTQ/BPF层压板竖直固定在金属架上，采用丁烷火焰作热源。丁烷火焰枪口与层压板垂直距离为10 cm，烧蚀时间180 s。同时实时监测背表面温度，对试样进行隔热性能评价。

TG测试：在N₂氛围下，采用热重分析仪对VMTQ/BPF复合树脂的热分解性能进行测试。试样质量为3~5 mg，温度范围50~800 ℃，升温速率为10 ℃/min。

接触角测试：采用液滴形状分析仪，在25 ℃下，对尺寸为50 mm×50 mm的GF-VMTQ/BPF进行测试。试验溶剂为蒸馏水。

吸水性测试：按照GB/T 1462—2005，对尺寸为50 mm×50 mm的GF-VMTQ/BPF进行吸水性测试。将试样在50 ℃下烘24 h至恒重，移至干燥器中，冷却至室温，称重。之后在23 ℃的蒸馏水中浸泡24 h，取出，用滤纸除去表面水分，称重，进行5次，取平均值。吸水率(r_w)的计算公式为：

r_{\mathrm{w}}=\frac{m_{\mathrm{4}}-m_{\mathrm{3}}}{m_{\mathrm{3}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}(2)

式(2)中：r_w为吸水率，%；m_{\mathrm{3}}为试样浸水前干燥质量，g；m_{\mathrm{4}}为试样浸水后的质量，g。

力学性能测试：按照GB/T 1043.1—2008，采用机械式简支梁冲击试验机对GF-VMTQ/BPF的冲击强度进行测试。试样尺寸为80 mm×10 mm，试样无缺口，取12个试样的平均值。按照GB/T 1449—2005，采用微机控制电子万能试验机对GF-VMTQ/BPF的弯曲性能进行测试。试样尺寸为100 mm×15 mm，取3个试样的平均值。

2 结果与讨论

2.1 VMTQ的结构表征

2.1.1 FTIR分析

图3为VMTQ的FTIR谱图。从图3可以看出，3 420 cm^-1处的吸收峰归属于O—H键伸缩振动，3 065 cm^-1处的吸收峰归属于C—H键伸缩振动，2 945 cm^-1处的吸收峰归属于饱和C—H键伸缩振动，1 642 cm^-1处的吸收峰归属于C=C键的伸缩振动，1 255 cm^-1处的吸收峰归属于Si—C键伸缩振动，1 100 cm^-1处的宽峰归属于Si—O—Si的伸缩振动^[20]，这证实了硅烷的水解和硅醇缩聚反应形成交联结构，这些特征官能团的存在可以初步证明VMTQ的成功合成。

2.1.2 ¹H NMR分析

图4为VMTQ的¹H NMR谱图和结构式，其中化学位移用δ表示。δ_DMSO-d6=2.5，δ_H2O=3.3。

从图4可以看出，制得的VMTQ中含有少量调节pH值的乙酸(δ_CH3COOH=11.9和δ_CH3COOH=1.9)以及水解缩合反应生成的小分子甲醇(δ_CH3OH=4.1和δ_CH3OH=3.2)。结构中的关键基团分别是δ_(CH3)3Si=0.1、δ_—CH=CH2=5.9以及δ_Si—OH=6.9，还有δ_CH3CH2OH=3.8、δ_{CH3CH2O或CH3O}=3.4以及δ_CH3CH2O=1.1。这表明除乙醇外还有少量未完全水解的硅乙氧基或硅氧甲基存在。(CH₃)₃Si、—CH=CH₂、Si—OH积分面积比为3∶3∶1，可推测VMTQ分子中若含有两个(CH₃)₃Si，则同时含有6个—CH=CH₂和6个Si—OH。根据所用原料的比例，推测VMTQ的结构式。

2.2 VMTQ/BPF的静态烧蚀残留率分析

表2为BPF和VMTQ/BPF的静态烧蚀残留率。从表2可以看出，不同添加量VMTQ的BPF，在不同温度下灼烧后的残留率不同。400 ℃灼烧时，除w_VMTQ为7%的VMTQ/BPF的残留率79.7%稍高于纯BPF的残留率79.5%之外，其余VMTQ/BPF的残留率均低于纯BPF；600 ℃灼烧时，w_VMTQ为1%的VMTQ/BPF残留率为47.5%，w_VMTQ为3%的VMTQ/BPF残留率为46.8%，w_VMTQ为5%的VMTQ/BPF残留率为45.3%，均高于纯BPF的残留率44.4%；800 ℃灼烧时，VMTQ/BPF的残留率均高于纯BPF，w_VMTQ为7%的VMTQ/BPF残留率最高，为39.2%，相比纯BPF的残留率33.3%提高17.8%；1 000 ℃灼烧时，除w_VMTQ为3%的VMTQ/BPF略低于纯BPF之外，其余VMTQ/BPF的残留率均高于纯BPF，其中w_VMTQ为7%的VMTQ/BPF残留率最高，为40.4%，相比纯BPF的残留率31.8%提高27.0%；1 200 ℃灼烧时，VMTQ/BPF均高于纯BPF，其中w_VMTQ为3%的VMTQ/BPF残留率最高，为56.4%，相比纯BPF的残留率28.8%提高95.8%。以上结果表明，VMTQ能够提高BPF的耐高温性能。这主要是因为VMTQ与BPF在加热固化过程中发生交联反应，使材料转变为热固性材料，当VMTQ/BPF煅烧时，热解、炭化吸热形成了炭化层能够辐射散热和阻塞热流。此外，VMTQ的加入使体系在热解后有一定量的稳定SiO₂或SiC无机物质残留，也可以增强BPF的耐高温性能。

2.3 GF-VMTQ/BPF的动态烧蚀分析

表3为GF-BPF和GF-VMTQ/BPF的动态烧蚀性能。从表3可以看出，不同添加量的VMTQ的GF-VMTQ/BPF在丁烷喷枪灼烧下的隔热性能不同。灼烧后，GF-VMTQ/BPF膨胀，炭化层膨出，高于层压板平面，线性烧蚀速率为负值，并且随着VMTQ添加量的增加，膨胀率增大，其中w_VMTQ为7%的VMTQ/BPF膨胀最明显，其线性烧蚀速率达到-0.001 50 mm/s，相比GF-BPF的线性烧蚀速率-0.000 53 mm/s高出183%。从质量烧蚀速率上看，除w_VMTQ为9%的GF-VMTQ/BPF外，其他层压板质量烧蚀速率均低于GF-BPF，其中w_VMTQ为3%的GF-VMTQ/BPF质量烧蚀速率最低，为0.002 2 g/s，相比GF-BPF的线性烧蚀速率0.005 3 g/s降低58.5%。这表明VMTQ的加入增加了GF-VMTQ/BPF高温膨胀效果，有效降低GF-VMTQ/BPF在高温时的质量损失，从而使材料的耐高温性能增强。

不同VMTQ添加量的GF-VMTQ/BPF层压板在丁烷喷枪灼烧下背面温度表现也不同。从表3可以看出，灼烧30、90、150 s时层压板背面的温度。图5为GF-BPF和1%GF-VMTQ/BPF背面温度的红外热图像。

从图5可以看出，在90 s左右，GF-VMTQ/BPF层压板的背面温度达到最高，之后逐渐下降。GF-BPF灼烧时，热量传递迅速，背面红外热像图高温区域均匀且面积大，与低温区域界限较窄，背温最高为690.6 ℃。w_VMTQ为1%的GF-VMTQ/BPF层压板受到灼烧时，热量传递较慢，背面红外热像图高温区域面积较小，与低温区域界限较宽，背温最高为666.2 ℃，相比GF-BPF降低24.4 ℃，表现出较好的隔热性能。w_VMTQ为3%的GF-VMTQ/BPF和w_VMTQ为5%的GF-VMTQ/BPF的最高背温分别为684.7 ℃和683.3 ℃，相比GF-BPF分别降低5.9 ℃和7.3 ℃。但w_VMTQ为7%的GF-VMTQ/BPF和w_VMTQ为9%的GF-VMTQ/BPF的最高背温分别为708.9 ℃和743.9 ℃，高于GF-BPF。这可能是因为热膨胀程度高，材料变得疏松不均匀，提高了导热效果，尤其是w_VMTQ为9%的GF-VMTQ/BPF层压板在灼烧30 s时就达到了最高背温，说明VMTQ的添加量不宜过大，1%~5%能够有效提升隔热效果。

2.4 VMTQ/BPF的TG/DTG分析

图6为BPF和VMTQ/BPF的TG和DTG曲线，表4为BPF和VMTQ/BPF的TG和DTG的关键数据。

从图6可以看出，无论是否添加VMTQ，材料的热分解均分为两个主要阶段：300 ℃之前，为体系中水等小分子物质挥发而产生的失重；300 ℃之后，为材料分解而产生的失重。从图6和表4可以看出，VMTQ的加入使VMTQ/BPF在300 ℃之前失重速率有所减慢，失重减少，与纯BPF相比，VMTQ/BPF的5%失重温度(t_5%)、10%失重温度(t_10%)有所提高。在300~450 ℃时，BPF中亚甲基与醚键是热解的主要薄弱环节，但VMTQ的存在导致热解过程发生改变，热解速率降低。在450~650 ℃时，材料快速分解、迅速失重，VMTQ的加入使BPF结构断裂重排的温度有所降低，从而使其逐渐转变为玻璃态结构，最大热失重速率明显下降。650~800 ℃时，纯BPF继续降解失重，而已形成玻璃态的VMTQ/BPF失重变缓，失重速率大幅度减小，残留物的稳定性大幅提升，VMTQ的加入使体系在800 ℃的残炭率均在50%以上，这与静态烧蚀实验现象吻合。热解过程中VMTQ形成的硅基化合物对体系起到保护作用，可能是反应生成的Si—O的键能较大而使复合材料拥有较好的耐热性能。

2.5 GF-VMTQ/BPF的接触角测试

图7为GF-BPF和GF-VMTQ/BPF的接触角。从图7可以看出，随着VMTQ含量的增加，GF-VMTQ/BPF的接触角迅速增加。图8为GF-BPF和GF-VMTQ/BPF的接触角及相邻接触角差值变化曲线。从图8可以看出，相邻接触角差值变化出现拐点。接触角增加，说明层压板疏水性增强，而接触角越大，材料疏水性越强。GF-BPF层压板的接触角为111.2°，说明BPF本身属于疏水性材料，添加VMTQ之后，GF-BPF的疏水性能进一步提高。在1%、3%和5%的VMTQ添加质量分数时，层压板接触角变化剧烈，表明复合材料疏水性迅速增加。7%和9%的VMTQ质量分数时，复合材料的接触角虽仍在增加，但增加幅度迅速降低，表明w_VMTQ为7%以上时，复合材料的疏水性能提高程度变缓。因此，添加质量分数为7%左右的VMTQ效率最高。

2.6 GF-VMTQ/BPF的吸水性测试

图9为GF-BPF和GF-VMTQ/BPF的吸水率。从图9可以看出，浸泡1.5 h，GF-VMTQ/BPF吸水率均小于GF-BPF。w_VMTQ为1%的GF-VMTQ/BPF吸水率降低至0.18%，表明VMTQ的疏水性降低了材料的吸水速率。然而，随着浸泡时间的延长，GF-VMTQ/BPF的吸水率增加较快，尤其是w_VMTQ为5%和7%的层压板，浸泡24 h后的吸水率分别为0.80%和0.76%，均高于GF-BPF层压板的0.64%。这可能与VMTQ结构中残留的亲水基团羟基有关。短时间内，VMTQ结构中的乙烯基和三甲基硅基的疏水作用延缓了复合材料的吸水速率，但由于其中的羟基与水缓慢作用，形成氢键，长时间时，材料的吸水率增加。因此，在合成VMTQ时，延长反应时间或提高反应温度，尽量使羟基酯化，更有利于降低材料的吸水性。

2.7 GF-VMTQ/BPF的力学性能

图10为GF-BPF和GF-VMTQ/BPF的力学性能。从图10a可以看出，VMTQ的加入能够改善层压板的力学性能。随着VMTQ质量分数的增加，GF-VMTQ/BPF的冲击强度先逐渐升高，w_VMTQ为3%的GF-VMTQ/BPF的冲击强度为124.9 kJ/m²，相比GF-BPF提高了5.4%，w_VMTQ为7%的GF-VMTQ/BPF的冲击强度达140.4 kJ/m²，相比GF-BPF提高了12.3%。但是w_VMTQ为9%的GF-VMTQ/BPF的冲击强度有所降低，表明VMTQ不宜添加过多。从图10b可以看出，加入VMTQ后，GF-VMTQ/BPF的弯曲强度没有明显提升，w_VMTQ为7%的GF-VMTQ/BPF的弯曲强度为314.8 MPa，稍低于GF-BPF的315.4 MPa。但弯曲模量稍有增加，w_VMTQ为7%的GF-VMTQ/BPF的弯曲模量为22 817.5 MPa，稍高于GF-BPF度22 406.3 MPa。综上所述，VMTQ整体上提高了GF-VMTQ/BPF的力学性能。

3 结论

采用FTIR和¹H NMR表征VMTQ结构，制得VMTQ改性的硼酚醛树脂(BPF)复合树脂VMTQ/BPF以及玻璃纤维布增强的GF-VMTQ/BPF层压板。测试结果如下：材料的耐高温性能提升。在空气气氛、1 200 ℃管式炉中静态烧蚀VMTQ/BPF复合树脂粉末，w_VMTQ为3%的VMTQ/BPF残留率达56.4%，相比BPF提高95.8%。用丁烷喷枪烧蚀GF-VMTQ/BPF 90 s，w_VMTQ为1%的GF-VMTQ/BPF最高背温相比GF-BPF降低24.4 ℃。材料的热分解性能增强，VMTQ/BPF的热解起始温度、高温残留率均高于BPF，最大热失重速率低于BPF。w_VMTQ为3%的VMTQ/BPF的t_5%相比BPF升高29.2%，V_max相比BPF降低15.8%，R₈₀₀相比BPF高出47.4%。材料的力学性能得到改善，w_VMTQ为3%的GF-VMTQ/BPF冲击强度为131.7 kJ/m²，相比BPF提高5.4%。综上所述，VMTQ能够显著提升BPF的耐高温、热分解及力学性能。

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基金资助

国家自然科学基金(52273066)