反应诱导相分离增韧双酚A环氧树脂交联网络的制备及性能研究

作     者：李庆 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程珏;王万全;张军营

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：环氧树脂 反应诱导相分离 增韧 热稳定性 

摘      要：环氧树脂(epoxy resin)不仅具有粘接性好、力学强度高、耐热性好等特性,并且具有配方可调性大及适用范围广等优点,已经广泛应用于车、船、飞机等复合材料领域。环氧树脂本身并不存在力学性能,只有通过合适的固化剂及固化工艺才能使环氧树脂具有优异的性能,但固化后的环氧树脂表现出高强、脆性大的特点,因此环氧树脂增韧始终是一个热点问题。在实际应用中,我们既希望环氧树脂具有较好的力学性能,又希望其在使用过程中能够具备一定的韧性。如何解决这个问题,是扩大环氧树脂材料应用范围的关键。根据相分离体系在受力过程中能够产生裂纹支化、诱发银纹及“铆钉效应的增韧机理,本文设计了 DPSEP/E51/DDM混合固化体系,利用固化过程中溶解度参数的差异,从而在反应过程中诱导形成相分离结构,实现增韧作用。论文的主要工作和结果如下:1、以NaOH/TMAB为催化剂,采用一步法反应制备DPSEP,利用FT-IR、1H-NMR和GPC对合成树脂的结构进行表征,并采用盐酸-丙酮法对环氧树脂的环氧值进行滴定。DPSEP的环氧值为0.5174g/mol,为理论环氧值的85%,说明其制备是成功的。2、利用非等温固化动力学(DSC法)研究DPSEP/DDM与E51/DDM两个固化体系的固化行为。结果表明:DPSEP/DDM与E51/DDM的起始固化温度分别为91.04℃与88.13℃,固化峰顶温度分别为172.96℃与173.59℃,升温速率均为15℃·min-1,DPSEP与E51树脂活化能分别为5 8.5kJ·mol-1 和53.1kJ·mol-1,所以DPSEP较E51 反应活性较低。3、利用AFM、SEM以及拉伸测试对DPSEP/E51/DDM共混固化后的固化物进行表征。由AFM发现,当DPSEP添加量分别为2.5%、5%、7.5%和10%时,相分离尺寸逐渐增大,分别为80-180nm、100-256nm、138-217nm、100-380nm。由SEM可知,随着DPSEP含量的增加固化物断面更为粗糙、裂纹支化更为严重。当DSPEP的添加量为2.5%时,其拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别为87MPa、2.12GPa和6.7%,相较于纯E51固化物分别提高了 11.4%,2.42%,53.67%。通过对比不同DPSEP添加量体系的微观形貌及力学性能,我们发现在具有纳米级及亚微米级相分离同时存在的体系,材料的韧性、力学性能最佳。利用DMA、DSC以及TGA对DPSEP/E51/DDM共混物进行研究。共混固化的固化物具有与纯E51环氧树脂固化物相似的玻璃化转变温度,且均在147℃左右。通过热稳定性测试我们发现,不同DPSEP添加量固化物的5%失重温度和800℃残碳率变化不大,因此具有与纯E51固化物相似的热稳定性。