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《上海工程技术大学》 2011年
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聚酰亚胺硅氧烷/环氧体系相结构与性能研究

李晓燕  
【摘要】:环氧树脂(Epoxy Resin)是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂之一,因具有优异的粘接、耐磨、机械、电绝缘、化学稳定、易加工成型等优点而广泛应用于胶粘剂、涂料、轻工、建筑、电子电气绝缘材料和先进复合材料等领域。但环氧树脂的固化产物是具有高交联密度的三维网状结构体,主链段运动非常困难,是典型的脆性材料,这在很大程度上限制了它在那些需要高抗冲击及抗断裂性能场合下的应用。因此,对环氧树脂的增韧改性工作一直是研究的热门课题。 目前对环氧树脂改性的研究要解决的问题是在提高环氧树脂的韧性的基础上不降低材料的使用温度。热塑性树脂的玻璃化转变温度高,改性后的材料耐热性好,尤其在环氧树脂固化过程中,通过控制反应诱导相分离过程,形成双连续相结构或相反转相结构时,达到最佳的增韧效果。 聚酰亚胺由于其主链上有酰亚胺键,在高温老化时,环的一部分断裂后开环从而避免主链断裂,能在短时间耐500℃高温,并可在300℃以下长期使用。因此用耐热性能优异的聚酰亚胺来改性环氧树脂是近年来发展的一个重点课题,在聚酰亚胺中引入有机硅基团后,不仅可以降低体系的界面能,提高环氧的韧性,加宽材料的使用温度范围,还可以使改性后的环氧树脂具有耐紫外线和抗原子氧的能力而适合用于空间材料,因而扩大了环氧树脂的应用领域。 本文以不同有机硅含量的聚酰亚胺硅氧烷嵌段共聚物(PI)为改性剂,以双酚A缩水甘油醚型环氧树脂为原料,甲基四氢苯酐为固化剂,以N,N-二甲基苄胺为促进剂制备韧性优异的环氧树脂改性材料。首先,通过光学显微镜测浊点的方法,绘制了不加固化剂体系经过热诱导相分离的相图曲线和加固化剂体系经过反应诱导相分离的相图曲线,两种条件下的相图曲线都表现为最高临界共熔温度行为(UCST);通过对比分析共混体系的热诱导相分离相图和反应诱导相分离相图发现,体系在两种相分离条件下的临界组成相近,都在PI与环氧的质量比为20wt%-30wt%的区域内;不加固化剂体系的相图曲线位于低温区域而加固化剂体系的相图曲线表现为向高温区域移动,结合GPC对环氧分子量的测试结果,我们分析认为这是由于经过固化的环氧共混体系比未固化的环氧共混体系分子量高,导致体系的相分离温度升高。通过光学显微镜对其相分离过程跟踪,不同组成的体系都发生了相分离,均遵循旋节线相分离机理,最后获得了分散相结构、双连续相结构和相反转相结构的体系。采用扫描电子显微镜对固化体系的最终相结构进行了观察,PI含量在20wt%-30wt%,体系多以连续相结构出现,当PI含量增加时,部分体系出现了相反转结构。对PI含量在20wt%-30wt%的体系进行了热失重分析,得出了体系的有机硅含量越高,残余量越高;PI含量越高,分解温度越高。测定断裂能来表征材料的韧性,其断裂能由纯环氧树脂的0.70提高到了2.40,足足提高了2-3倍。说明聚酰亚胺硅氧烷在不破坏环氧树脂原有优良性能的基础上,大大改善了其韧性上的不足之处。
【学位授予单位】:上海工程技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ323.5

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