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可溶性聚芳醚改性环氧/氰酸酯共混树脂体系的研究

李俊燕  
【摘要】: 氰酸酯(CE)固化的环氧树脂(EP)、氰酸酯树脂都是重要的热固性树脂,但由于交联密度大,存在着韧性差的缺点。酚酞侧基聚醚酮(PEK-C)和含氮杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK)是国内研发成功的两类具有不同耐温等级的高性能可溶性聚芳醚树脂,用热塑性树脂改性热固性树脂是种提高热固性树脂韧性,同时不会降低其原有机械性能和耐热性能的有效方法。因此本文对PEK-C/EP/CE、PPESK/CE两个共混体系的结构与性能间关系进行研究,以期获得满足复合材料行业要求的耐高温高韧性树脂基体。 本论文首先在EP与CE等化学计量比的条件下,采用DSC和FTIR研究了PEK-C对共固化反应活性和反应机理的影响。结果表明,PEK-C对体系的共固化反应有一定的促进作用,但对其反应机理影响不大。根据DSC测试结果确定固化工艺,并经红外差谱证实所选用的固化工艺可使不同配比的PEK-C/EP/CE树脂体系达到完全固化。 接着对PEK-C/EP/CE树脂体系的结构与性能间的关系进行研究。在EP/CE共固化体系中,随着CE含量的增加,初始热分解温度逐渐下降,弯曲性能、Tg和热变形温度随之提高,而断裂韧性在适量体系中最好。与EP和CE的化学计量比无关,PEK-C的加入能够在弯曲性能、Tg和热稳定性基本保持不变的情况下有效地提高共固化体系的韧性,但CE过量体系的韧性提高幅度较大。DMA和SEM结果表明,CE欠量时改性体系为均相结构,而CE过量时改性体系形成了较好的相分离结构,这可能是造成CE过量体系韧性提高幅度较大的主要原因。此外,共固化体系的介电性能随着PEK-C的加入而略微降低,这可能与PEK-C较低的介电性能有关。 进一步从动力学和热力学两方面分析CE对PEK-C改性环氧体系相结构的影响。DSC结果表明,随着CE含量的增加,改性体系的固化反应温度和表观活化能E均随之提高,但固化反应级数n和150℃时的反应速率常数K_(150℃)基本保持不变。另一方面,采用基团贡献法计算出固化前液态EP、CE、PEK-C的溶度参数分别为20.29 MPa~(1/2)、22.32 MPa~(1/2)、19.09 MPa~(1/2),显然,PEK-C在液体EP中的溶解性要明显优于其在CE中的溶解性。因此热力学因素在相分离过程中占主导作用。 最后,对PPESK/CE树脂体系的结构与性能进行研究。结果表明,PPESK能够在保持热变形温度和吸湿率不变的情况下,大幅度地提高CE树脂的韧性和弯曲性能,并且所采用PPESK的分子量越高,其增韧效果越好。但是介电性能和初始热分解温度随着PPESK的加入而略有下降。


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