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改性氰酸酯树脂及其复合体系的研究

詹国柱  
【摘要】:氰酸酯树脂作为一种热固性树脂,因其固化物具有良好的介电性能、耐热性和粘接性能等,在电子工业、航空航天和胶粘剂等领域都具有重要的应用。但由于氰酸酯固化物交联度高而使其普遍存在韧性较差的缺点,在一定程度上限制了其应用。本论文分为两部分,分别采用热塑性树脂和生物基材料环氧大豆油对氰酸酯进行了改性研究。 本论文的第一部分工作基于高性能热塑性树脂改性氰酸酯及其复合体系,对其聚合诱导相分离过程和相结构控制的热力学及动力学因素进行了研究。 在对热塑性树脂改性氰酸酯体系动力学不对称因素与其粘弹相分离相关性的研究中,我们采用差示扫描量热仪(DSC)、时间分辨光散射仪(TRLS)、扫描电镜(SEM)和流变测试等手段,测定了聚醚酰亚胺改性氰酸酯体系在恒温固化时雾点的固化转化率,并通过对改性体系聚合诱导相分离过程的跟踪和最终相结构的观察研究了粘弹相分离与两相动力学不对称的相关性,讨论了相分离过程中相结构演化的特征松弛时间τ和相结构的演化时间T_e随聚醚酰亚胺含量的变化与相图的关系。 采用光学显微镜(OM)和TRLS分别对不同体积分数和分子量的聚醚砜改性氰酸酯体系的聚合诱导相分离过程进行了跟踪,研究了热塑性树脂改性氰酸酯体系的热力学因素:体积分数和分子量。结果表明热塑性树脂改性氰酸酯体系的相分离过程和最终相结构与其在相图中的位置直接相关。当改性体系的组成在临界点附近时,体系相分离开始时的固化转化率较低,相分离初期相结构演化的特征松弛时间都相对很短,同时,这些体系还会发生二次相分离。研究发现热力学因素同时也会改变体系的动力学不对称因素,导致特征松弛时间随之发生变化。通过拉伸实验和流变测试,对聚醚砜改性氰酸酯体系的拉伸力学性能和流变行为进行了研究,并分析了相结构对其性能的影响。 采用OM和TRLS跟踪了棒状介观粒子/热塑性树脂/氰酸酯三元复合体系的聚合诱导相分离,发现介观粒子对相结构的粗大化有明显的抑制作用。在体系的聚合诱导相分离过程中,棒状介观粒子由于与热塑性树脂的缠结作用而被包裹在其中,对改性体系相分离中后期的动力学不对称性具有强化作用,使其粘弹效应更加显著。通过SEM和TEM研究了棒状介观粒子对改性体系相结构的影响及其在复合体系中的分布情况,并讨论了复合体系的相结构与其性能间的联系。 此外,随着人们对环境保护和石油等有限自然资源消耗的日益关注,寻找能替代石油产品的低成本可再生资源,植物油等生物基材料越来越受到人们的重视。本论文的第二部分工作以生物基材料——环氧大豆油改性氰酸酯作为研究对象,对其结构和性能进行了研究。 我们采用坏氧大豆油对氰酸酯进行改性,表征了不同含量的环氧大豆油改性氰酸酯所得共混体系固化后的最终相结构,并研究了其拉伸力学性能、热机械性能以及吸水性等,结果表明环氧大豆油改性氰酸酯可使其韧性得到改善,但同时在一定程度上却牺牲了其模量和耐热性。 为此,我们采用溶胶凝胶法制备了纳米二氧化硅/环氧大豆油/氰酸酯复合体系,纳米二氧化硅在氰酸酯富集相和环氧大豆油富集相中分别以二氧化硅纳米粒子和二氧化硅纳米网状结构的形式存在。在环氧大豆油改性氰酸酯体系中引入纳米二氧化硅能够在保持其断裂伸长率的同时,不同程度地提高其拉伸强度、杨氏模量、储存模量等机械性能和热稳定性。


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