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环氧树脂在固化过程中存在一定体积收缩,体积收缩会使材料内部产生残余应力,从而影响树脂基复合材料的性能和使用寿命。国内外学者主要通过在环氧树脂中添加膨胀单体来解决环氧树脂固化体积收缩的问题。从环氧树脂膨胀固化剂着手的研究未见有报道。本文综述了国内外膨胀单体研究进展,从固化剂着手以克服膨胀单体在实际应用方面的困难和环氧树脂在固化过程出现的体积收缩问题。制备了新型膨胀固化剂(EDTAD),优化了其合成方法,并对其固化收缩率和固化反应动力学做了深入研究,主要工作内容如下:(1)通过正交试验方法确定了合成EDTAD的最佳合成工艺为:反应温度85℃,反应时间28h,摩尔配比1:7,最高产率为90.67%。红外光谱图在1808cm-1和1762cm-1出现环状酸酐的两个特征吸收峰。并通过密度法测定了环氧树脂固化物的收缩率,当EDTAD质量分数为55%,固化物体积收缩率最小为0.251%;DMP-30促进了固化反应的进行,同时在很大程度上降低了固化物的拉伸强度、弯曲强度及冲击强度。EDTAD/DGEBA体系的平均拉伸强度、弯曲强度及冲击强度分别为:69.2MPa、55.5MPa、4.38KJ/m2,EDTAD含量为55%时,有最大拉伸强度为82.3MPa,EDTAD含量为50%时,有最大弯曲强度和最大冲击强度,分别为69.4MPa、5.23KJ/m2;EDTAD/DGEBA/DMP-30体系平均拉伸强度、弯曲强度及冲击强度分别为:36.2MPa、43.0MPa、2.17KJ/m2,EDTAD含量为55%时,有最大拉伸强度为47.5MPa,EDTAD含量为50%时,有最大弯曲强度和最大冲击强度,分别为50.5MPa、2.76KJ/m2。(2)用差式扫描量热法(DSC)系统研究了DGEBA/EDTAD的等温动力学,Kamal模型能够较好的描述低转化率阶段的速率与转化率的关系;含扩散因子的Kamal模型能够较好的模拟整个固化反应速率。此外,还用等转化率方法研究了其固化机理,有效反应活化能与转化率密切相关。(3)用DSC系统研究了DGEBA/EDTAD/DMP-30的非等温动力学。确定了其最佳固化工艺为:第一阶段的理论凝胶温度Tgel=93.2℃、理论固化温度Tcure=119.2℃和理论后固化温度Tpost=121.8℃,第二阶段理论凝胶温度Tgel=249℃、理论固化温度Tcure=253.95℃和理论后固化温度Tpost=257.3℃。(4)用量子化学研究了EDTAD的分子构型为空间不对称立体构型,Mulliken原子负电荷主要分布在两个叔氮原子上,分别为-0.378128和-0.432320,其键角分布均在109.5°左右,符合六元环最稳定结构;EDTAD固化环氧树脂过程中部分键长有所增加,这与膨胀单体聚合机理相吻合。