[发明专利]含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物及制备方法、共聚型聚酰亚胺、聚酰亚胺复合材料和应用

说明书

本发明涉及一种含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物及制备方法、共聚型聚酰亚胺、聚酰亚胺复合材料和应用；合成了含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物、含多碳硼烷笼状结构的共聚聚酰亚胺低聚物、聚酰亚胺树脂溶液，基于合成的三种物质制备共聚型聚酰亚胺和聚酰亚胺复合材料，将共聚型聚酰亚胺和聚酰亚胺复合材料应用于航空航天领域以解决现有技术存在的常规聚酰亚胺的玻璃转换温度通常低于450℃，超过450℃易发生分解导致聚酰亚胺材料分子结构破坏，其制备的聚酰亚胺材料无法满足航空航天领域对材料耐高温性能要求的技术问题。

技术领域

本发明涉及高分子技术领域，尤其是涉及一种含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物及制备方法、共聚型聚酰亚胺、聚酰亚胺复合材料和应用。

背景技术

随着近代工业技术领域的发展，为了满足航空航天特殊型号的应用需求，具有高比强度，可设计性强，抗疲劳以及耐高温等性能的一类以高性能纤维为增强体的先进树脂基复合材料应运而生。热固性聚酰亚胺由于优异的化学稳定性，热性能和机械性能而占据优势地位，常用于航空航天领域，以满足高温氧化环境性能和耐用性能设计的要求。

玻璃化转变温度(Tg)是应用和设计各种高性能材料首要关注的特征数字。由于C、H、O、N元素等有机键能的作用强度大小直接影响常规聚酰亚胺在氧气环境中和高温下的温度性能，环境达到一定温度限度后，易发生分解，导致材料一级结构(分子结构)破坏，并伴随相应的材料遭到破坏的作用机制，以致于常规聚酰亚胺的Tg通常低于450℃。大量研究表明，将碳硼烷基团引入聚合物结构中，可形成有机无机杂环结构，从而可赋予聚合物优异的耐高温性能，且碳硼烷含量越高，树脂的耐热性能越高。专利CN106220662A、CN103881091A及CN104945627A公开了碳硼烷聚酰亚胺，然而，这些均是由单碳硼烷二胺制得的热塑性树脂体系。目前，关于多碳硼烷笼状结构的聚酰亚胺专利CN201610677926.3中提供了一种含碳硼烷结构的热固性聚酰亚胺体系，其Tg可达500℃，然而，由于其结构的对称性强，脆性较大，在实际使用中存在问题。

因此，开发含有多笼碳硼烷结构且具有耐超高温热固性聚酰亚胺树脂体系，为满足其在航空航天领域等高温氧化环境性能和耐用性设计的要求具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物及制备方法、共聚型聚酰亚胺、聚酰亚胺复合材料和应用；合成了含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物、含多碳硼烷笼状结构的共聚聚酰亚胺低聚物、聚酰亚胺树脂溶液，基于合成的三种物质制备共聚型聚酰亚胺和聚酰亚胺复合材料，将共聚型聚酰亚胺和聚酰亚胺复合材料应用于航空航天领域以解决现有技术存在的常规聚酰亚胺的Tg通常低于450℃，超过450℃易发生分解，导致聚酰亚胺材料分子结构破坏，其制备的聚酰亚胺材料无法满足航空航天领域对材料耐高温性能要求的技术问题。

本发明提供了一种含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物，其结构如式I：

其中，结构式中的●代表硼原子。

本发明还提供一种基于如上述所述的含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物的制备方法，包括如下步骤：

将如式II所示的化合物1和癸硼烷乙腈络合物加入至第一溶剂中，反应得到如式III所示的化合物2；

将化合物2与氟硝基苯加入到第二溶剂中，加入氢化钠，反应得到如式IV所示的化合物3；

将化合物3与二水氯化亚锡加入到第三溶剂中，反应得到如式I所示的含三碳硼烷笼状结构的三胺化合物；

式II、式III和式IV结构如下：

其中，式III和式IV中结构式中的●代表硼原子。

进一步地，第一溶剂为甲苯或乙腈；第二溶剂为N,N-二甲基甲酰胺溶剂、甲苯或四氢呋喃中任一；第三溶剂为乙酸乙酯、乙醇或甲醇中任一；