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热致性液晶/邻甲酚醛环氧树脂共混物的制备、固化动力学及其增韧机理的研究

黄增芳  
【摘要】:液晶高分子作为一类新型的增韧剂,具有高强度、高模量、耐 高温及膨胀系数小等特点,利用液晶高分子增韧环氧树脂不仅使环 氧树脂的韧性明显增加。而且使材料的强度和耐热性都得到改善, 由此引起人们的研究兴趣。在本研究工作中,我们利用溶液缩聚法 合成两种热致性液晶高分子PQTG和PDBH,并在PDBH中引入了极性 基团。合成产物的结构和性能分别用FTIR、DSC及POM进行了表征, POM照片显示它们的液晶相温度范围分别为178℃~240℃和190 ℃~240℃。利用等温和非等温DSC研究了PDBH与邻甲酚醛环氧树 脂的固化动力学,其结果显示当转化率低于80%时为一级固化反应。 当转化率较高时,实验数据与所建立的模型之间存在明显的偏差, 用扩散因子对建立的模型进行校正后,发现在整个固化过程中实验 数据与模型都比较吻合。另外,PDBH的加入,降低了固化活化能 Ea,从而提高了固化反应速率。 根据PDBH和邻甲酚醛环氧树脂变温DSC的T~B外推法,确定 了较适宜的固化工艺条件为:预固化温度150℃、固化温度180℃ 及后处理温度200℃。由于PDBH中含有极性基团能与环氧树脂基体 产生很好的相互作用,因此其性能要优于PQTG,当将其与邻甲酚醛 环氧树脂共混固化后,其冲击强度和弯曲强度分别比原来提高2.28 倍和1.28倍,玻璃化温度增加了28℃。当将其与双酚A环氧树脂 共混固化后,其冲击强度和弯曲强度分别比原来提高1.93倍和1.20 倍,而玻璃化温度增加了17℃。 最后根据断裂力学及共混物的POM和SEM研究了热致性液晶 PQTG和PDBH增韧环氧树脂的机理。其中POM照片显示,固化后的 PQTG和PDBH均匀地分布在环氧树脂基体中。SEM结果显示,PQTG 和PDBH的加入,产生了微塑性变形,改变了试样断裂时裂纹的扩 展方向,增加了基体材料的耗能途径,从而提高了材料的冲击强度。


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