基于4-香豆酸的新型阻燃增韧环氧树脂及其CFRP的制备与性能研究

作     者：祁志杰 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尚垒

授予年度：2024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：4-香豆酸 环氧树脂 可调控韧性 阻燃性 碳纤维复合材料 

摘      要：环氧树脂作为世界三大热固性材料之一,因自身所具有的优良性能,已经成为应用最为广泛的热固性材料。但其本身可燃、内应力大、耐冲击性差等性能缺点,限制着环氧树脂在其他技术领域的应用。目前可以通过添加阻燃剂来提高环氧树脂的阻燃性能,但这也会降低材料的力学性能。因此,探索具有高力学性能、优异的热稳定性、低可燃性的环氧树脂仍然是一个主要的挑战。本文利用可再生资源4-香豆酸为原料,采用环化反应制备了一种新型环氧树脂,并深入探究其相关功能。主要工作包括: (1)利用4-香豆酸为原料合成一种新型环氧化物(p-CAIE)。使用浇筑成型法制备新型环氧热固性材料(p-CAIE-E51/DDM),通过一系列性能表征探究其固化动力学,机械性能,热性能,阻燃性能以及透光性。与neat E51/DDM相比,15%p-CAIE-E51/DDM的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了119%和361%,冲击强度提升了152%,表明p-CAIE结构中氢键作为牺牲键可以有效改善环氧树脂质脆,韧性差等问题,赋予材料高韧性、耐冲击、高强度。此外,阻燃等级达到UL-94 V-0,THR降低了69.3%,TSP降低了71.6%,这是由于刚性结构和含氮基团的存在,形成致密的炭层,使材料具有优异阻燃性能。 (2)将这种新型环氧树脂(p-CAIE-E51/DDM)与碳纤维结合,制成环氧/碳纤维复合材料,对比neat E51/DDM环氧/碳纤维复合材料,其拉伸强度和断裂伸长率分别提高了43.1%和6.8%,剪切强度提升了21.9%。因此这种新型的p-CAIE已被证明是一种高效的阻燃增韧环氧树脂。 基于能源绿色和提升材料综合性能的研究趋势,本文制备得到一种新型环氧树脂,显著改善了材料的综合性能,拓宽其应用领域,为研究更高性能的环氧热固性材料提供了有效途径。