新型超支化聚硅烷及其改性高性能热固性树脂的结构与性能研究

High performance thermosetting resins have been the key base for determining the development of many cutting-edges industries including aerospace and aviation, electric information and energy industries, etc. However present thermosetting resins have three disadvantages such as high curing temperature, big brittleness and poor flame retarancy. Our previous investgation showed that hyperbranched polysiloxane (HBPSi) can multi-functionally modify thermosetting resins, however, the mechanism is not known because the formation of the aggregation structure of hyperbranched polymer modified thermosetting resins and the key factors are still unclear issures. In this project, two representative kinds of heat resistant resins with important applications but different chemical structure, curing behavior and reactivity, cyanate ester and bismaleimide resins, are selected as the control resins. The focus is put on investigating the aggregation structures of HBPSi modified thermosetting resins and their influences on the properties, setting up the relationship among component, processing, structure and property, declaring the nature of the difference in modifing themrosetting resins between linear polymer and hyperbranched polymer, and consequently, providing new theory and techanical model for the multi-funcational modification of thermosetting resins.

高性能热固性树脂已成为掣肘航空航天、电子信息、电力能源等尖端领域发展的关键基础材料，但是现有的热固性树脂存在固化温度高、脆性大、阻燃性低等三大问题。前期研究表明超支化聚硅烷(HBPSi)具有多重改性效果，但是改性机理不明。究其原因是超支化聚合物改性热固性树脂体系的聚集态结构的形成机制及其影响因素等基本科学问题缺乏深入研究。本项目以具有重大应用背景，而化学结构、固化行为和反应性迥异的两类典型高性能热固性树脂- - -氰酸酯和双马来酰亚胺树脂为基本树脂，从结构参数不同的系列HBPSi的设计、合成与表征出发，以HBPSi改性热固性树脂的聚集态结构及其与性能的关系为主线展开研究，通过构筑HBPSi改性热固性树脂体系的组成－工艺－结构－性能的关系，揭示超支化聚合物与线性聚合物在改性热固性树脂方面的异同及其本质，为实现热固性树脂多功能改性提供新的理论依据和技术原型。

高性能热固性树脂已成为决定航空航天、电子信息、电气绝缘等尖端领域发展的关键基础材料。本项目针对传统热固性树脂存在的固化温度高、脆性大、阻燃性低等三大问题展开研究工作。重点展开了四个方面的研究工作。（1）设计合成了六类结构新颖、性能独特的超支化聚硅氧烷（HBPSi），分别是常温为液态的马来酰亚胺封端HBPSi、阻燃型HBPSi（磷杂菲结构）、兼具良好溶解性和耐热性的导电HBPSi型聚苯胺、HBPSi液晶、含硅氢键HBPSi及含有HBPSi结构的新型有机锡催化剂。（2）在此基础上，以两类具有不同性能特征和应用背景的典型高性能热固性树脂---氰酸酯和双马来酰亚胺树脂为基本树脂，设计制备了结构参数不同的系列HBPSi改性树脂。（3）系统探讨了HBPSi改性热固性树脂体系的组成－工艺－结构－性能的关系规律，并与线性聚合物进行了比较。研究发现HBPSi在树脂增韧、增容、改善固化工艺性、提高阻燃性以及保持热稳定和介电性能方面均有独到之处。此外，其独特的官能团的种类与数量的可设计性，使之在无机材料和有机纤维的表面改性方面也具有显著的优势。（4）以电子信息产业先进的高密度互连（BUM）板为例，重点研究了HBPSi对纤维表面结构、性能以及界面结构的影响，并以研制的高性能树脂为基体，制备了纤维增强复合材料，全面考察了复合材料的结构与宏观性能，获得了满足要求的高性能BUM复合材料。本项目全面完成了预期研究计划，达到了预期研究目标。