钝化2-乙基-4-甲基咪唑/环氧树脂低温固化体系研究

测定了三种α-甲基丙烯酸钝化2-乙基-4-甲基咪唑固化环氧树脂(EP)体系的凝胶时间及固化反应放热曲线,制定了EP固化体系的固化工艺条件,并对这三种EP固化体系的室温(20℃)储存特性及其浇铸体的综合性能进行了比较。结果表明:这三种EP固化体系均可在80℃时快速固化,浇铸体的固化工艺条件为80℃/4 h;当m(E-51)∶m(Eg-031)∶m(固化剂)=25∶25∶2时,EP固化体系预浸料具有最长的储存期(15 d),是综合性能优良的低成本复合材料制造用基体树脂,其弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和热变形温度分别为109.3 MPa、3.0 GPa、7.76 kJ/m2和125℃。     

高温固化环氧树脂胶粘剂的研究

以酚醛环氧树脂(F-51)、不同种类的固化剂和填料等为主要原料,配制不同的EP(环氧树脂)双组分复合材料修补用胶粘剂。采用单因素试验法优选出制备EP胶粘剂的较佳工艺条件。结果表明:当m(F-51)∶m(固化剂PA651)=100∶55、m(气相白炭黑)∶m(高岭土)=15∶80时,制成的EP双组分胶粘剂可在较高温度(室温/1 d→170℃/1 h)条件下固化,其剪切强度为13.8 MPa、压缩强度为85.1 MPa和压缩模量为5.7 GPa,并且其凝胶时间较长、流动性控制性较好、耐介质浸泡性和操作方便性俱佳,完全满足复合材料修补用胶粘剂的使用要求。     

高导热低介电性单组分EP灌封胶的研制

以双酚A型环氧树脂(EP)为基体树脂、线性酚醛树脂(PF)和双氰胺为固化剂、烯丙基缩水甘油醚(AGE)为活性稀释剂、2-乙基-4-甲基咪唑为固化促进剂、氮化硼(BN)和三氧化二铝(A12O3)为导热填料,制备单组分EP灌封胶。采用单因素试验法优选出制备灌封胶的最佳工艺条件,并对灌封胶的导热系数、介电常数、剪切强度和玻璃化转变温度(Tg)等进行了表征。结果表明:制备高导热低介电性单组分EP灌封胶的最佳工艺条件是m(EP)∶m(PF)∶m(活性稀释剂)∶m(BN)=10∶3∶2∶6、w(固化促进剂)=w(流平剂)=0.5%(相对于EP质量而言)和固化条件为"120℃/0.5 h→170℃/1 h",此时其剪切强度为42.37 MPa、介电常数为4.6和导热系数为1.214 W/(m.K)。     

复合材料模具用树脂基体的研究

以自制改性咪唑为固化剂,酚醛型EP(环氧树脂)为基体树脂,制备出复合材料模具用中温固化的耐高温EP体系。研究结果表明:当w(改性咪唑)=4%(相对于EP质量而言)时,EP浇铸体的中温(80℃)凝胶时间约为50 min、冲击强度为12.8 kJ/m2、弯曲强度为125 MPa、弯曲模量为3.20 GPa和热变形温度为280℃,具有良好的力学性能和优异的耐高温性能,满足复合材料模具中温固化高温使用的基本要求。     

水下环氧树脂用固化剂的制备

以混合多元胺(1,6-己二胺和三乙烯四胺)、混合酚(苯酚、壬基酚和间甲酚)和多聚甲醛为主要原料,采用Mannich反应制备出一种水下EP(环氧树脂)用新型酚醛胺固化剂,并采用正交试验法优选出制备该固化剂的最佳工艺条件。研究结果表明:当n(苯酚)∶n(壬基酚)=1.5∶1、n(间甲酚)∶n(壬基酚)=1.5∶1、n(混合酚)∶n(多聚甲醛)=0.7∶1、n(多聚甲醛)=0.3 mol、n(1,6-己二胺)∶n(三乙烯四胺)=1.0∶1、n(混合胺)∶n(多聚甲醛)=1.6∶1、反应时间为3.0 h和反应温度为80℃时,制成的固化剂用于水下EP胶粘剂时,其在潮湿环境施胶后立即在水中固化24 h,相应胶接件的湿态剪切强度为7.2⁷.6 MPa;当w(固化剂)=40%(相对于EP质量而言)时,室温EP浇铸体的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和冲击强度分别为57 MPa、12.6%、116 MPa和15.6 kJ/m2。     

适用于低温固化的低黏度高强度环氧树脂结构胶

以碳酸丙烯酯(PC)为活性稀释剂、自制增韧型421固化剂/快固型DETA(二乙烯三胺)固化剂作为复合固化剂,制备环氧树脂(EP)结构胶。研究结果表明:当m(EP)∶m(PC)∶m(421)∶m(DETA)=100∶20∶24∶6.0时,EP结构胶的初始黏度(60 mPa.s)相对较低,其强度和韧性俱佳(拉伸强度为45 MPa、压缩强度为70 MPa和钢/钢剪切强度为12.0 MPa);该EP结构胶可低温固化(5℃或常温固化7 d后的拉伸强度基本一致),也是一款适用于冬季施工的低黏度高强度EP结构胶。     

一种低黏度环氧树脂室温固化体系的研究

用一种新的耐热型环氧树脂JEh-031研究了一种室温固化体系,通过凝胶化时间的测定和示差扫描量热仪(DSC)对固化体系的热性能和力学性能进行了研究;研究了活性稀释剂对浇铸体性能和玻璃纤维增强复合材料性能的影响。结果表明,添加4 phr固化剂(GH-3)时,该固化体系在室温(25℃)下凝胶化时间为10 h;力学性能优异,拉伸强度91.4 MPa,拉伸模量4.0 GPa,弯曲强度176.9 MPa,弯曲模量3.5 GPa;玻璃化转变温度(Tg)144.7℃;添加5 phr活性稀释剂,复合材料的弯曲强度1 322.5 MPa,提高了39.3%,层间剪切强度69.3 MPa,提高了23.1%。     

低黏度耐超低温室温固化环氧树脂密封剂

以四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯[711EP(环氧树脂)]为基体、二乙二醇缩水甘油醚(JX-023)为柔性改性剂和二乙烯三胺(DETA)为固化剂,制备可室温(25℃)固化的高性能EP密封剂,并采用单因素试验法优选出制备EP密封剂的最优配方。研究结果表明:当m(711EP)∶m(JX-023)∶m(DETA)=1∶1∶3时,EP密封剂的室温综合性能相对最好;其低温(-196℃)剪切强度(16.5 MPa)和低温剥离强度(31.2 kN/m)接近于室温性能,同时其耐高低温(-196～100℃)循环性能优异,初始黏度低于0.1 Pa.s;该EP密封剂可用于超低温领域及微小部件的粘接与密封。     

EP/苯酚-苯胺型单环苯并噁嗪树脂共聚体系研究

采用无溶剂法合成了苯酚-苯胺型单环苯并噁嗪树脂(P-a),然后将其与环氧树脂(EP)进行共聚,并采用差示扫描量热(DSC)法对该共聚体系的固化特性进行了研究。结果表明:不同P-a/EP质量比的复合材料体系,其冲击强度由纯EP体系的16.12 kJ/m2分别降至14.51 kJ/m2(质量比10%)、13.90 kJ/m2(质量比30%)和14.15 kJ/m2(质量比50%);纯EP体系的弯曲强度和弯曲模量分别为100.56 MPa和3.46 GPa,而P-a/EP体系的最大弯曲强度和弯曲模量分别为110.26 MPa和3.84 GPa;EP/P-a体系含氮量最高为3.52%,但各组试样均燃尽,说明单纯增加树脂体系的氮含量并不能有效提高其垂直燃烧性能。     

商用环氧树脂结构胶在无人机上的应用研究

以Lord 320/322为EP(环氧树脂)基体,采用不同的原料配比制备了EP结构胶,并测定了该结构胶的高低温拉伸剪切强度,进而验证了其在无人机胶接装配中的适用性。研究结果表明:m(Lord320/322)∶m(固化剂)质量比在(1.25~2.00)∶1范围内可调,并且能满足复合材料胶接件在冬季、夏季的使用要求;当m(Lord 320/322)∶m(固化剂)=1.25∶1时,EP结构胶在-50℃、常温和65℃时的拉伸剪切强度优异,其室温固化8 h后的拉伸剪切强度可达到固化24 h后的60%,并且具有快速固化的特点。     

一种回转体类构件用中低温固化环氧树脂体系研究

采用等温黏度实验和浇铸体力学性能测试来优选自制改性固化剂CUR–1的配比,通过不同升温速率下的固化过程差示扫描量热并对固化物进行傅立叶变换红外光谱分析,确定了体系的固化制度,研制出一种适用于发动机壳体或结构复杂的回转体类结构件的碳纤维湿法缠绕树脂基复合材料的中低温固化环氧树脂体系,用湿法缠绕工艺制作单向纤维缠绕成型复合材料环(NOL环)并进行了性能测试。结果表明:当CUR–1的含量为15份时,树脂体系具有适于湿法缠绕工艺的黏度和使用期,树脂可在80℃完全固化,同时浇铸体拉伸强度为84 MPa,拉伸弹性模量为3.8 GPa,断裂伸长率为5.4%,热变形温度为131℃。该树脂体系与纤维粘结性好,NOL环力学性能高,NOL环拉伸强度为2 451 MPa,拉伸弹性模量为146 GPa,层剪切强度为55 MPa。     

高性能环氧树脂浇铸体研究

采用多官能缩水甘油胺型环氧树脂为基体,甲基四氢苯酐(MeTHPA)为固化剂,BH-1为促进剂,制备了环氧树脂浇铸体。研究了该体系的凝胶时间,粘度随温度的变化和固化特性,确定了最佳固化工艺,并对浇铸体进行了弯曲和拉伸等力学性能测试。结果表明:体系最佳固化条件为80℃/2 h+100℃/1 h+120℃/1 h,然后在150℃下后处理2 h。浇注体弯曲强度和拉伸强度分别达到202 MPa和99.9 MPa,弯曲模量和拉伸模量分别达到4.26 GPa和3.48 GPa,玻璃化转变温度为160.85℃,具有较低的粘度、良好的浸渍性,耐热性和优异的力学性能。     

端氨基聚脲增韧固化环氧树脂胶粘剂的研究

为了提高环氧树脂(EP)胶粘剂的韧性,利用过量的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与氨基聚醚进行反应,然后进一步与二乙烯三胺反应合成了二乙烯三胺封端的端氨基聚脲;并以此作为EP的固化剂和增韧剂,制备了高断裂伸长率的EP胶粘剂。实验结果表明,当m(EP)∶m(端氨基聚脲)∶m(三乙烯四胺)=58.8∶39.2∶2.0时,制得的EP胶粘剂的室温拉伸强度为16.2 MPa,断裂伸长率为56%;50℃时的拉伸强度为9.7 MPa,断裂伸长率为35%;该EP胶粘剂在50℃×16 h或25℃×50 h条件下可以完全固化。     

高性能、低成本复合材料用环氧体系的研究

通过凝胶化测试和示差扫描量热分析(DSC)研究了CYD128环氧树脂/部分钝化间苯二甲胺固化体系的反应特性,测试了该体系浇铸体的力学性能和耐热性。设计了一种新型低成本真空辅助传递模塑(VARTM)成型工艺并研究了该成型工艺对复合材料力学性能的影响。结果表明,浇铸体弯曲强度可达131.0 MPa,拉伸强度71.8 MPa,拉伸模量3.1 GPa,冲击强度37.5 kJ/m2,玻璃化温度(Tg)98.1℃。使用新工艺得到的复合材料力学性能优异,其中连续玻璃纤维、连续碳纤维增强复合材料弯曲强度分别达到950.2 MPa、1 097.4 MPa。     

三乙烯四胺固化有机蒙脱土/环氧树脂复合体系的研究

以三乙烯四胺作为EP(环氧树脂)的常温固化剂制备EP/OMMT(有机蒙脱土)/三乙烯四胺纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)法,差示扫描量热(DSC)法等手段研究了不同配方对EP/OMMT/三乙烯四胺固化体系的凝胶时间、力学性能、热性能及OMMT的插层剥离行为等影响。结果表明:对EP/OMMT/三乙烯四胺复合材料而言,90~120℃固化体系的OMMT剥离与插层效果优于室温固化体系;当固化温度为120℃时,EP/OMMT/三乙烯四胺复合材料的耐湿热性能和弯曲强度均优于常温固化体系;EP/OMMT/三乙烯四胺复合材料经常温固化24 h后,其冲击强度比纯EP体系提高了7%~12%。     

中温固化单组分EP结构胶的研究

利用超细微双氰胺固化剂与自制脲促进剂制成了单组分环氧树脂(EP)结构胶。研究结果表明:当w(促进剂)=1%、w(固化剂)=6%时,该EP结构胶可中温固化(125℃固化1 h),其室温储存期超过180 d;该EP结构胶经质量分数为20%的聚酰胺酰亚胺(PAI)增韧后,其T型剥离强度(1.30 kN/m)提高了8倍左右,25、150℃时的拉伸剪切强度为36.8、6.7 MPa,热分解温度大于300℃,说明其具有一定的耐温性能。