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℃。     

改性双氰胺衍生物环氧固化剂的制备及性能研究

分别采用环氧丙烷、环氧丙烷丁基醚(501)和环氧树脂(EP)对双氰胺(DICY)进行改性,制备了一系列新型的改性DICY衍生物作为EP固化剂,并对改性DICY/EP固化体系的性能进行了初步研究。结果表明:当反应温度为95～105℃、n(DICY)∶n(环氧丙烷)=1∶1.1和n(DICY)∶n(501)=1∶1.3时,环氧丙烷改性DICY(反应3.0 h左右)和501改性DICY(反应3.0～4.0 h)的收率较高;EP改性DICY的最佳反应条件为反应温度105℃左右、反应时间4.0 h左右和n(DICY)∶n(EP)=1∶1.3。环氧丙烷(或501)改性DICY在室温时具有一定的潜伏性,与EP的相容性得到明显改善,并且其固化体系的起始放热温度比DICY体系降低了近40℃(或30℃);EP改性DICY具有较好的潜伏性(与DICY相当),并且极易溶于EP中,但其固化体系的起始放热温度稍低于DICY体系。     

双马来酰亚胺改性耐高温环氧树脂胶粘剂的研究

以BMI(双马来酰亚胺)作为改性剂、DDM(4,4’-二氨基二苯甲烷)作为固化剂,制备耐高温EP(环氧树脂)胶粘剂。研究结果表明:采用正交试验法优选出制备BMI/EP/DDM胶粘剂的最优方案为m(EP)∶m(DDM)=1∶1.00、m(BMI)∶m(EP)=0.4∶1、混合搅拌时间为30 min和搅拌转速为300 r/min;采用非等温DSC(差示扫描量热)法和T-β(温度-升温速率)外推法,确定了该胶粘剂的固化工艺条件为"60℃处理3 h→88℃处理2 h→112℃处理2 h→121℃处理2 h";经BMI改性后,耐高温EP胶粘剂的耐热性和力学性能均有所提升。     

EP基粉末涂料用固化促进剂的合成及固化动力学研究

以甲苯二异氰酸酯(TDI)和3-二甲氨基丙胺为单体、甲苯为溶剂,合成了一种环氧树脂(EP)基粉末涂料用固化促进剂甲苯-2,4-二[N,N-二甲氨基丙脲]。以凝胶时间为衡量指标,优选出促进剂的最佳用量。采用动态DSC(差示扫描量热)法研究了EP/固化剂/促进剂体系的固化反应动力学,并运用温度-升温速率(T-β)外推法求得该体系的固化工艺参数。结果表明:促进剂的最佳质量分数为3%(相对于EP而言),涂膜在165℃/5 min条件下可完全固化;EP/固化剂/促进剂体系的表观活化能为80.295 kJ/mol,反应级数为0.92,凝胶温度为64℃,固化温度为133℃,后固化温度为190℃。     

汽车用环氧树脂结构胶固化动力学研究

运用非等温DSC(差示扫描量热)法对Sikapower-492G型汽车用EP(环氧树脂)结构胶在动态升温过程中的固化动力学进行了研究。根据不同升温速率时的DSC曲线,采用Kissinger法、Crane法、Ozawa法和温度-升温速率(T-β)外推法等得到该EP胶粘剂的动力学参数。结果表明:该EP胶粘剂体系的固化动力学可用1级固化动力学模型进行表征;该EP胶粘剂的凝胶化温度、固化温度和后处理温度约分别为123、164、224℃,其表观活化能、频率因子和反应级数等动力学参数分别为117 kJ/mol、1.80×1013 s-1和0.934。     

环氧丙烯酸酯/EP自由基-阳离子混杂光固化涂膜的性能

利用丙烯酸(AA)和环氧树脂(EP)反应制备环氧丙烯酸酯(EAR)。以二苯基碘六氟磷酸盐(DPI·PF6)为光引发剂,并将EAR与EP进行复合固化,制得自由基-阳离子混杂光固化涂膜。研究结果表明:当m(EAR)∶m(EP)=1∶4时,光照5 min后体系的凝胶率为92.3%,EAR/EP涂膜的表面疏水性、耐碱性、附着力和柔韧性随EP掺量增加而增大,并且其热稳定性提高[与纯EAR固化膜相比,其玻璃化转变温度(Tg)提高了42.2℃、热失重5%时的温度增加了24.6℃]。     

不同固化体系环氧树脂固化物的热解特性

为了研究不同固化体系下环氧树脂固化物的热解特性,采用DTG-60(AH)热重分析仪分析了氮气环境中不同固化体系的环氧树脂固化物在不同升温速率下的热分解特性。采用Kissinger法进行热解动力学分析,得到4种固化体系环氧树脂固化物的表观活化能和表观指前因子,采用Coast-Redfern法通过回归方程计算反应级数,基于上述热解动力学参数估算不同环氧树脂固化物的热老化寿命。结果表明：在氮气气氛中,选用二乙烯三胺(DETA)、间苯二甲胺(m-XDA)和2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)作为固化剂的环氧树脂固化物为二阶段热解,选用低分子聚酰胺(PA650)作为固化剂的环氧树脂固化物的热失重率受升温速率影响最小,但随着升温速率升高逐渐由二阶段热解过渡为三阶段热解;在10～40℃·min^-1的升温速率下,2E4MZ/EP体系固化物的起始热分解温度及最大失重速率温度最高;PA650/EP体系固化物热解过程中的平均表观活化能最高;耐热老化性能由高到低排序为PA650/EP、2E4MZ/EP、m-XDA/EP、DETA/EP。     

EP/改性DDM体系的固化反应动力学及性能研究

采用非等温DSC(差示扫描量热)法对EP(环氧树脂)/改性DDM(4,4′-二氨基二苯基甲烷)体系的固化反应过程进行了跟踪。采用Kissinger、Ozawa、Crane和T-β(温度-升温速率)外推法等得到该固化体系的动力学参数和固化工艺条件,并对其力学性能和热变形温度进行了测定。结果表明:EP/改性DDM体系的表观活化能为49.43 kJ/mol,反应级数为0.869,固化条件为"85℃/2 h→125℃/2 h",热变形温度为130℃;与EP/DDM体系相比,该固化体系的表观活化能降低了7.0%,热变形温度下降了16.1%,拉伸强度和压缩强度提高了20%以上,而弯曲强度和弯曲模量基本上保持不变。     

高导热EP/铜粉导电胶的研制

以双酚A型环氧树脂(EP)为基体树脂、双氰胺为固化剂、咪唑为固化促进剂、纳米铜粉为导电填料和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为硅烷偶联剂,并添加适量的氮化硼(BN)填料以及流平剂等其他助剂,制备了高导热EP/铜粉导电胶。研究结果表明:采用单因素试验法优选出制备高导热导电胶的最佳工艺条件是m(EP)∶m(双氰胺)∶m(咪唑)∶m(铜粉)∶m(KH-550)∶m(BN)∶m(流平剂)=100∶10∶0.5∶50∶1∶1∶0.1、固化温度为125℃和固化时间为0.5 h,此时其体积电阻率为0.09Ω·cm、导热系数为0.550 W/(m·K)和拉伸强度为562.07 MPa。     

聚酰胺酸/环氧树脂的固化动力学研究

在高沸点的DMAc(N,N′-二甲基乙酰胺)溶液中制备了环氧树脂/聚酰胺酸(EP/PAA)共混物。采用非等温DSC(差示扫描量热)法研究了EP/PAA体系的固化动力学及其固化工艺,并通过Kissinger法、Ozawa法和Crane法计算出该体系的动力学参数。结果表明:该EP/PAA体系的固化条件为"100℃/2 h→120℃/2 h",后处理工艺为140℃/2 h;其平均表观活化能为61.15 kJ/mol,反应级数为0.95,近似于1级反应;升温速率不同时,EP/PAA固化体系的频率因子(A)、峰温时的反应速率常数(KP)均不相同。     

汽车用耐高温结构胶的研制

以双组分环氧树脂(EP)为基体树脂、4,4′-二氨基二苯砜(DDS)改性双马来酰亚胺(BMI)为固化剂,采用共混法制备出一种汽车同步器用耐高温结构胶。采用差示扫描量热(DSC)法、热重分析(TGA)法和动态力学分析(DMA)法考察了不同固化工艺和不同配方对结构胶的粘接性能、耐热性能及耐冻融循环性能等影响。结果表明:当m(双组分EP)∶m(预聚体或固化剂)=1.0∶1.0以及采用阶梯升温固化工艺"150℃/1 h→180℃/2 h→200℃/1 h"时,该结构胶具有良好的粘接性能(用于碳纤维与金属间粘接时)和工艺性能,其室温剪切强度为33.9 MPa、180℃剪切强度为23.7 MPa;该结构胶可在低于180℃环境中长期使用,并完全满足汽车同步器的使用要求。     

聚酰亚胺改性环氧树脂/酸酐体系固化动力学研究

采用非等温差示扫描量热(DSC)法研究了聚酰亚胺(PI)改性环氧树脂(EP)/酸酐体系的固化反应动力学及其固化工艺。通过Kissinger法、Ozawa法和Crane法计算出该体系的动力学参数。结果表明:该固化体系具有较高的活性,其固化工艺条件为"80℃/2 h→120℃/2 h",后处理工艺为150℃/2 h;采用Kissinger法和Ozawa法计算出该体系的平均表观活化能为8.24 kJ/mol;结合Crane方程计算出该体系的反应级数为0.95,近似一级反应。     

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)。     

纳米SiO_2改性EP/BMI/CE树脂体系固化动力学研究

采用非等温差示扫描量热(DSC)法对纳米二氧化硅/环氧树脂/双马来酰亚胺/氰酸酯(nano-SiO2/EP/BMI/CE)树脂进行了固化反应动力学和固化工艺研究。通过Kissinger法和Ozawa法求得了nano-SiO2/EP/BMI/CE树脂体系固化反应动力学的表观活化能。结果表明:改性CE树脂体系的固化工艺参数为凝胶温度112℃、固化温度195℃及后处理温度213℃,进而确定了改性CE树脂体系的最佳固化工艺条件为"150℃/3 h→180℃/3 h→200℃/2 h";改性CE树脂体系的平均表观活化能为59.90 kJ/mol。     

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。     

氰酸酯/环氧树脂体系的形状记忆效应研究

以不同配比的CE/EP(氰酸酯/环氧树脂)作为共聚体系制备耐温型SMP(形状记忆聚合物)。采用凝胶时间、红外光谱(FT-IR)和弯曲模型等测试手段,确定了合成CE/EP基SMP的最佳工艺条件和形状记忆行为。研究结果表明:当m(CE)∶m(EP)=1∶0.7、固化工艺为"抽真空/30 min→160℃/60 min→190℃/45 min"时,CE/EP共聚体系可完全固化,并能生成网状交联结构的无定形透明态SMP;此时,该SMP具有良好的形状记忆行为,并且其形状记忆行为的可恢复率相对最大。     

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。