柔性链聚酯的合成及其增韧环氧树脂的性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:paradoxfxx
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现阶段环氧树脂及其复合材料是航空、船舶、汽车、机械制造、仪器制造、建筑等战略性产业发展的重点领域。环氧树脂的优异性能来源于固化后形成的高度交联的三维网络结构,但这种结构也导致其韧性不足、抗冲击性能差,尤其在低温环境下这一缺点更为明显。环氧树脂增韧改性是我国现阶段“卡脖子”的35项关键技术之一,目前所使用的增韧改性方法仍然存在许多问题,如成本过高、分散困难、力学强度下降过大等,导致环氧树脂在航空航天、军工机械等领域的应用受限。本论文采用价格低廉的原料,通过易于控制的反应过程合成了两种不同端基的柔性链聚酯,制备了一系列改性环氧材料并测试了其性能,对聚酯的增韧改性效果进行了全面的探究。具体研究工作如下:(1)合成端羧基聚酯,探究反应物配比、反应时间、反应温度对其合成反应的影响,使用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等手段分析其结构。制备一系列改性环氧材料,对其力学性能、热稳定性、粘接性能等进行了测试,并结合其结构分析增韧机理以及增韧效果。端羧基聚酯以共混方式进行增韧,聚酯粒子不与树脂和固化剂发生反应,而是作为分散相分布于树脂基体中,起到吸收能量、阻碍裂纹拓展的作用,分散相粒子的尺寸随加入量的增加而增大。测试结果表明,以二乙烯三胺(DETA)为固化剂时加入10份(环氧树脂为100份)端羧基聚酯性能最佳,强度略有下降,断裂伸长率提升100%,冲击强度提升35%。(2)合成端环氧基聚酯,优化合成过程,使用多种分析测试方法对其结构进行研究。制备一系列改性环氧材料,对其力学性能、热稳定性、低温性能等进行了测试,并结合其结构分析增韧机理以及增韧效果。端环氧基聚酯以共聚的方式进行增韧,聚酯和固化剂发生反应,将柔性链段引入到交联网络中并降低交联密度。测试结果表明,以4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂时端环氧基聚酯含量为90%(环氧树脂和端环氧基聚酯合计为100%)效果最佳,室温下拉伸强度降低50%,断裂伸长率提高200%,破坏功提高100%,冲击强度提升400%。-70℃环境下拉伸强度可达100 MPa,断裂伸长率可达20%,相比未改性的环氧树脂强度、韧性均大幅提升。
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