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沥青增韧环氧树脂的制备与性能研究

徐燕  
【摘要】:环氧树脂因具有轻质、高强、高模、耐高温、耐腐蚀等突出优点而广泛用作复合材料基体。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,所以提高环氧树脂的韧性一直是国内外学者研究的重点。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,提出了沥青增韧环氧树脂的新思路,以期获得成本较低,增韧效果较好,操作简单,对环氧树脂力学性能及热学性能影响较小的增韧新方法。 沥青主要成分包括沥青质、胶质、芳香分和饱和分,常用作道路铺建材料。不同含量的沥青与环氧树脂混合,当沥青用量较高而环氧树脂含量较低时,环氧树脂可以对沥青性能进行改善;当沥青含量较少而环氧树脂含量较高时,沥青则可以起到环氧树脂改性剂的作用。目前,人们对于前者的研究较多,即环氧树脂改性沥青。而后者即沥青改性环氧树脂还鲜有研究。本文主要的研究内容及结论如下: 向三种环氧值不同的热熔预浸用环氧树脂中添加不同含量的沥青,测试其冲击性能,探测沥青对环氧树脂的增韧效果。同时,研究沥青对环氧体系的拉伸、弯曲及热学性能,并用红外光谱(FTIR)和热失重(TG)分析沥青环氧的化学特征基团的变化及微观两相结构。实验结果显示,沥青质量分数为2%或3%时,改性环氧树脂的冲击韧性最好,三种树脂分别较之前的纯环氧树脂提高77%,106%及100%;拉伸强度分别提高14%,6.5%及8%;弯曲强度分别提高25%,24%及15%。研究表明,以现有的质量分数沥青对环氧树脂的拉伸模量及热分解温度并没有显著影响。 通过红外测试分析,发现沥青与环氧树脂之间没有发生化学反应,沥青对环氧树脂韧性的提高主要靠沥青与环氧树脂在界面处的物理咬合作用。SEM观察发现,随着沥青含量增加,当超过2%之后,沥青颗粒在环氧树脂中发生团聚现象,说明沥青与环氧树脂间的相溶性是影响其对环氧树脂韧性的关键。本文向环氧沥青中添加适当的马来酸酐偶联剂,提高沥青与环氧树脂之间的相容性,以提高沥青对环氧树脂的增韧效果。 用顺酐化的沥青增韧改性环氧树脂,并研究环氧树脂的冲击韧性随改性沥青含量的变化情况。研究发现,加入4%顺酐化的沥青的环氧/沥青体系的冲击能量达到最大,较未改性的环氧树脂提高150%,较未顺酐化的沥青改性的环氧树脂冲击能量提高29%。SEM观察试样断面,发现添加偶联剂后的沥青在环氧树脂中的分散均匀度明显提高,同时,通过红外光谱分析发现,马来酸酐的酸酐基团被接枝到了沥青分子上,之后改性沥青再与环氧树脂混合时,两者在界面上发生化学作用。接枝到沥青上的酸酐基团可以与环氧树脂反应,在物理交联的基础上,增加了沥青与环氧树脂界面的化学交联作用。


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