鄰苯二甲腈樹脂玻璃化轉變溫度在350℃以上，具有極低的吸水率和優異的力學(xué)強度，在航空航天、電子封裝和軌道(dào)交通等領域應用廣泛，是面(miàn)向(xiàng)極端環境應用的高性能(néng)高分子材料之一。但目前爲止的鄰苯二甲腈樹脂普遍存在單體熔點過(guò)高（＞200℃）、加工窗口過(guò)窄、固化時間長(cháng)、後(hòu)固化溫度高和高溫下殘炭率低等缺點，限制了其加工與應用。

　　爲了設計出耐溫性能(néng)更好(hǎo)的樹脂，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所先進(jìn)能(néng)源材料工程實驗室和哈爾濱工業大學(xué)化工學(xué)院通過(guò)引入硼原子制備了兩(liǎng)種(zhǒng)改性鄰苯二甲腈樹脂c-BPN和c-PBPN（如圖1所示）。

　　硼改性鄰苯二甲腈單體BPN和PBPN具有熔點低、溶解性好(hǎo)和可自催化的優點，有效提高了加工性能(néng)（如圖2所示）。固化後(hòu)的樹脂c-BPN和c-PBPN具有優異的熱氧穩定性（如圖3a所示），硼元素明顯的缺電子特征，在高溫下從相鄰的C原子吸引電子，使無定形的碳轉化爲有序的石墨碳結構，從而提高了樹脂的殘炭率。随著(zhe)B-O鍵的加入，c-BPN和c-PBPN熱釋放能(néng)力減弱（如圖3b所示），同時硼元素在高溫下形成(chéng)氧化硼薄膜，隔絕氧氣，阻止燃燒進(jìn)一步傳播，進(jìn)而提高樹脂的耐燒蝕性能(néng)。剛性的硼酸酯結構顯著提高了鄰苯二甲腈樹脂的儲能(néng)模量和硬度，在400℃的高溫下，c-BPN和c-PBPN的儲能(néng)模量分别達到1.54GPa和1.81GPa（如圖3c所示），具有較高的機械強度和明顯的寬溫域優勢。另外，在400℃仍未出現玻璃化轉變溫度，聚合物分子鏈在高溫下未引起(qǐ)鏈段滑移，具有穩定的網絡結構。

　　以上研究工作近期以“High-Performance Boron-containing Phthalonitrile Resins”爲題，發(fā)表在Polymer Chemistry上（https://doi.org/10.1039/D3PY00070B）該研究工作第一作者爲國(guó)科大碩士生孔文靜，通訊作者爲甯波材料所宋育傑副研究員和哈工大化工學(xué)院劉明教授，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.52203019）、甯波3315計劃（2018A-03-A）、廣東省基礎與應用基礎研究基金（2022A1515110919）、大學(xué)基本科研業務費專項資金（AUGA2160100119）和中央高校基本科研業務費專項資金（LH2021E055）的支持。

圖1 c-BPN和c-PBPN聚合物結構示意圖

圖2 單體RPN、BPN和PBPN的DSC曲線圖

圖3 c-RPN、c-BPN和c-PBPN：（a）在空氣氛圍下熱失重曲線圖；（b）熱釋放速率曲線圖；（c）儲能(néng)模量曲線圖

　　（先進(jìn)能(néng)源材料工程實驗室）