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《武汉理工大学》 2007年
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改性聚醚醚酮增韧环氧树脂的研究

胡兵  
【摘要】: 环氧树脂(Epoxy resin,简称EP)由于在强度、模量、热稳定性及耐湿热、耐化学性方面的突出优点而成为应用广泛的基体树脂。但因其固化后交联密度高、质脆等缺点,在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用。因此,对EP增韧研究具有非常重要的理论价值和现实意义。本文在综述了目前国内外环氧树脂增韧方法与机理的基础上,提出了将聚醚醚酮(PEEK)进行化学改性后用于增韧环氧树脂的新思路。主要的研究内容和结论如下: 1、以PEEK为原料、浓硫酸为磺化剂,制备了不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)。研究结果表明,SPEEK的热稳定性好,在400℃以下SPEEK热失重小于3wt%;SPEEK的磺化度随着反应时间和反应温度的增加而提高;与PEEK相比,SPEEK的结晶性下降。SPEEK经过氯甲基化和胺化改性,得到苯环上具有-SO_3H和-CH_2N(CH_3)_2基团的改性PEEK。 根据实验数据计算,得到了PEEK磺化反应动力学参数,即表观活化能Ea=35.48kJ/mol,反应速率常数k=2266.5×exp(4267.5/T)。 2、利用非等温差示扫描量热法(DSC)分析,确定了改性PEEK/EP树脂体系的固化工艺制度:80℃/2h+125℃/2h+180℃/3h,得到了改性PEEK/EP体系的固化反应表观活化能ΔE=63.82kJ/mol,反应级数n=0.964,固化反应的动力学方程为:dα/dt=1.792×10~7exp(-7676.2/T)(1-α)~(0.964)。对改性PEEK/EP体系的固化反应机理进行了初步分析。 3、对改性PEEK/EP体系力学性能进行了研究。常温下稳定性好,黏度变化小,凝胶时间较长,在高温下对温度敏感,具有良好的高温反应活性,可以满足施工工艺性要求。改性PEEK在增韧环氧树脂的同时,使固化体系拉伸强度、弯曲强度、弹性模量、断裂伸长率均有不同程度的提高。在实验条件下得到该改性树脂最大拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性、断裂伸长率为71MPa、142.3MPa、23.1kJm~(-2)和4.13%,分别比纯环氧固化物提高了24.6%、53%、151%和56%。当树脂体系中改性PEEK含量为8wt%时,断裂韧性K_(IC)达到最大值2.169MPa.m~(1/2),比纯环氧树脂试样提高了1.1倍。 4、DMA测试表明,改性PEEK的加入较好地改善树脂体系的热性能。改性树脂的玻璃化温度Tg、起始分解温度T_(onset)随着改性PEEK含量的增加而升高,储能模量E′在Tg以下随着改性PEEK的含量的增加而增大。其长期使用温度为186.7℃。 5、根据DMA、SEM、FT-IR测试结果,初步提出了PEEK和改性PEEK增韧环氧树脂的增韧机理。以分散相颗粒的桥联和钉锚作用为主导,基体屈服共同作用的增韧机理。由于改性PEEK极性基团进入固化交联网络而成为网络结点,起到了较好的应力分散和承受应力的作用,增韧效果更好。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ323.5

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