High-Performance Bismaleimide Resin with an Ultralow Coefficient of Thermal Expansion and High Thermostability

热稳定性 苯并环丁烯 热膨胀 热固性聚合物 韧性 二胺 聚合物 热稳定性 材料科学 玻璃化转变 高分子化学 环氧树脂 共聚物 化学 复合材料 有机化学
作者
Yudi Feng,Qiangsheng Sun,Jia Guo,Changchun Wang
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:57 (4): 1808-1818 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.3c02585
摘要

The mismatch of thermal expansion between polymer materials and metals/inorganics causes interface failure and shortens the life cycle of the composites and devices. Traditionally, modulating the coefficient of thermal expansion (CTE) of polymer materials without sacrificing other performance features is challenging. Herein, we report a new strategy for regulating the thermal expansion behaviors of the bismaleimide (BMI) resin, which is one of the most important commercial thermosets. A novel diamine with a disubstituted benzocyclobutene unit was first synthesized and used as the modifier. Through copolymerization and subsequent thermal annealing, we obtained cross-linked BMI resin networks containing thermally contractile submolecular units, dibenzocyclooctadiene (DBCOD). Upon heating, the conformational transition of DBCOD led to an obvious macroscopic volume shrinkage, and consequently, the CTE was reduced dramatically. Record-low CTE values (22 to −19 ppm/K) were achieved for the DBCOD-containing BMI resins. Additionally, the resins also possessed excellent thermal stability (e.g., Tg > 368 °C) and enhanced toughness. By taking advantage of the novel diamine modifier, the ultralow CTE, high heat resistance, and excellent mechanical properties of the BMI resin were well integrated. The enhanced comprehensive performance makes the novel BMI resin a good candidate for many cutting-edge applications.
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