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氰酸酯树脂改性体系的研究

冯煜  
【摘要】:氰酸酯树脂(CE)是一种新型的热固性树脂,它在宽广的温度和频率范围内 保持低且稳定的介电常数和介电损耗,同时具有良好的耐热性能和工艺性能, 这些性能决定了氰酸酯树脂作为高性能复合材料基体树脂的优越性,但其韧性 和模量还有待进一步提高。本课题的目标是希望通过改性氰酸酯树脂体系的研 究,获得具有优异的机械、化学、热及介电等性能的氰酸酯树脂基复合材料, 同时对热固性树脂的改性提出新的方法和理论依据。 论文主要分为四部分,第一部分是氰酸酯树脂与环氧树脂的固化动力学研 究,第二部分是氰酸酯树脂/氨基膨润土复合体系的研究,第三部分是在氰酸酯 树脂/端羧基液体丁腈胶复合体系的基础上进一步改性的研究,第四部分是正电 子湮没法对体系自由体积的研究。 在第一部分工作中,对氰酸酯树脂与环氧树脂的固化行为进行了研究,对 固化动力学和固化反应进行了探讨。采用DSC和FTIR研究了氰酸酯树脂/环氧 树脂共混体系的固化行为,考察了环氧树脂含量对体系的固化动力学参数的影 响。通过Ozawa方法计算得到纯氰酸酯树脂及氰酸酯树脂/环氧树脂共混物(重 量比为9:1,7:3,5:5) 的表观活化能依次为:74. 3,72. 1,60. 8,72. 7 kJ/mol,说 明少量的环氧树脂可促进氰酸酯树脂的固化反应,过量则抑制。同时还发现, 固化过程中氰酸酯树脂的转化速率远大于环氧树脂,固化反应对氰酸酯基和环 氧基均是一级反应。 在第二部分工作中,对氨基膨润土在氰酸酯树脂中的插层和剥离行为进行 了研究,对氰酸酯树脂对膨润土的插层以及膨润土在氰酸酯中剥离的机制进行 了探讨。研究表明,氰酸酯树脂和氨基膨润土之间相容性好,二者混合时氰酸 酯单体很容易插入到膨润土层间,得到稳定的插层物。通过熔融共混法得到了 部分插层和部分剥离的纳米复合材料,并对其机械性能进行了研究,冲击强度 在1phr膨润土的加量下达到了最大值7. 1kJ/m2,远高于纯树脂的3. 8kJ/m2,实 验结果表明膨润土剥离可以确保复合材料冲击性能的提高。同时发现,氰酸酯 摘要 树脂/氨基膨润土复合材料具有更高的热稳定性。 在第三部分工作中,研究了端梭基丁睛胶增韧氰酸醋树脂的共混体系,探 讨了端狡基丁睛胶增韧氰酸酷的机理,并基于这个体系做了进一步的改性研究。 通过TGA和SEM发现了空穴的存在,通过透射电镜发现了橡胶粒子的存在, 从而认为橡胶粒子和空穴是端梭基丁睛胶增韧氰酸酷树脂的主要机理。虽然端 梭基丁睛胶增韧氰酸酷树脂的效果确实很明显,但这是以牺牲其它性能如热性 能和模量为前提的。适量的环氧树脂加入氰酸酉旨端梭基丁睛胶共混体系中可以 在保持韧性不变的前提下,同时提高模量和热稳定性,这是由于环氧树脂的加 入提高了体系的相容性所致。向氰酸醋/端梭基丁睛胶共混物中添加氨基膨润 土,发现膨润土在体系中是以插层和剥离结构的方式存在的,而橡胶粒子也同 时存在于复合材料中。少量氨基膨润土的加入可以在不损失氰酸醋/端梭基丁睛 胶体系韧性的同时提高了模量和热稳定性,而且模量的提高较为显著,如:lphLr 加量的膨润土就使CE/CTBN(重量比1 00/10)材料的模量从Z100Mpa升高到 2600MPa,含o.sphr加量氨基膨润土的复合材料的综合性能最佳。 在第四部分工作中,通过正电子湮没技术对氰酸醋树脂改性体系的自由体 积进行了研究。在氰酸酷树脂/氨基膨润土体系中,有机改性粒子主要充当反应 点阻隔了交联网络点,从而使自由体积增加;在CE/CTBN体系中,CTBN的 长链分子与孔洞效应同时作用改变自由体积;CE/EP体系中则主要是体系交联 网络密度的变化导致自由体积的变化;三元体系则是以上各效应的综合影响。 关键词:氰酸酷树脂,环氧树脂,氨基膨润土,端梭基丁睛胶,纳米复合材料, 改性


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