聚醚砜-环氧树脂共混体系相分离过程的数值模拟

在热塑性聚醚砜（PES）增韧改性热固性环氧树脂复合材料的制备过程中,通过控制PES-环氧树脂树脂共混体系相分离过程实现共混物相结构的调控,能够明显改善热固性环氧基体树脂的冲击强度。考虑PES-环氧树脂共混体系在相分离过程中PES应力松弛现象以及环氧树脂固化反应现象,采用黏弹性模型描述微观相形态的具体演化路径,揭示了树脂共混体系相分离过程的机制及动力学过程,分析了PES含量、PES分子量大小、PES与环氧树脂的动力学不对称程度以及固化工艺条件等材料及工艺参数对共混体系相结构演变过程以及最终相形态的影响规律及程度,从而为优化PES-环氧树脂树脂共混体系的微观相结构打下基础。     

杂萘联苯聚醚砜酮/环氧树脂共混体系固化反应动力学

采用热熔法制备了杂萘联苯聚醚砜酮(PPESK)/环氧树脂(E-51)共混物,利用差示扫描量热仪(DSC)对共混物的固化反应动力学进行了研究。借助Ozawa和Kissinger等方法确定了PPESK增韧E-51体系的固化动力学参数,包括反应的表观活化能E,指前因子A和反应级数n;结果表明,采用新型高性能热塑性树脂PPESK增韧环氧树脂不仅在工艺上具有可行性,而且PPESK的加入降低了固化反应的表观活化能,促进了固化反应的进行。     

用DSC技术研究环氧树脂体系的固化反应

本文用差示扫描量热法(DSC)研究了九种环氧树脂与六种固化剂的反应性。分析了环氧树脂的结构和固化剂的结构对各环氧树脂体系的固化反应的影响,并结合热失重分析(TG)研究了间苯二胺(m-PDA)和二氨基二苯基砜(DDS)与各种环氧树脂固化物的分解温度。      

四缩水甘油醚蒽基结构环氧树脂的合成

以邻苯二甲醚和丙醛为原料,先合成出2,3,6,7-四甲氧基-9,10-二乙基蒽,催化形成羟基,再以此合成出一种新型具有蒽环结构的四官能团环氧树脂——2,3,6,7-四缩水甘油醚-9,10-二乙基蒽(TGEDEA)。通过红外光谱、核磁共振(1H-NMR)对所合成的环氧树脂结构进行表征。采用4,4’-二氨基二苯基砜(DDS)对所合成的环氧树脂进行固化,并通过差示扫描量热分析(DSC)研究了其固化反应动力学。DSC和热重分析(TGA)等对所得环氧树脂固化物的性能研究表明,TGEDEA/二氨基二苯基砜(DDS)固化物在空气中和氮气中的T10%分别为408℃和400℃,其具有良好的耐热性能。     

有机粘土/聚醚砜/环氧树脂杂化纳米复合材料的制备和性能

分别用溶剂法和熔融法成功制备了有机粘土/聚醚砜/环氧树脂杂化纳米复合材料,对其拉伸性能、断裂韧性、热性能和微观结构进行了研究。结果表明:两种杂化纳米复合材料的拉伸强度可达75 MPa以上,模量可达3.0 GPa以上,断裂韧性可达1.1 MPam1/2以上。观察到了聚醚砜和有机粘土对环氧树脂的协同增韧现象。聚醚砜/环氧树脂基体具有半互穿网络结构,有机粘土片层呈有序剥离形态。用溶剂法制备的杂化纳米复合材料样本的玻璃化转变温度(Tg)在170℃以上,用熔融法制备的样本的Tg在180℃以上。     

聚醚型聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物的结构与性能研究

以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和聚醚及双酚A型环氧树脂为原料经共聚合成了聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP)互穿聚合物网络(IPNs).通过改变聚氨酯结构及环氧树脂含量制备系列PU/EP的IPNs,并对其性能进行了研究.研究表明随着聚氨酯中两官能度聚醚用量增加,IPNs体系的亲水性增强、表面自由能增大;此外随着环氧树脂含量增多,整个IPNs体系的疏水性增强;力学性能测试表明,聚氨酯结构以及环氧树脂含量对PU/EP的IPNs材料力学性能影响较大.     

聚氨酯改性环氧树脂/聚苯乙烯SIPNs固化动力学

用化学滴定、粘度测定等方法,研究了环氧树脂固化剂(T-31)用量对聚醚型聚氨酯改性双酚A型环氧树脂(PUDGEBA)/聚苯乙烯(PSt)室温同步IPNs体系固化动力学行为的影响。研究结果表明,增加T-31的用量,可以大大地缩短上述体系的凝胶时间。两个网络固化速度的峰值相对位置未改变。苯乙烯的固化受扩散控制,反应级数为2.0级;PUDGEBA的固化为自动催化机理,反应级数为3.0级。     

环氧树脂与氰酸酯共固化物的结构与性能

研究了用乙酰丙酮过渡金属络合物等促进剂催化促进环氧树脂与氰酸酯(在氰酸酯欠量,适量和过量条件下)的共固化反应行为、固化反应的机理、固化物的结构特征以及结构与性能关系.结果表明,促进剂能明显地降低体系的固化反应温度,缩短固化反应时间,其促进效果与促进剂种类有关.在固化反应过程中,先是氰酸酯发生自聚反应形成二聚体或三聚体(三嗪环),然后二聚体进一步形成三嗪环,此过程伴随着环氧树脂的聚醚反应,最后是三嗪环与剩余的环氧基反应形成噁唑烷酮.在氰酸酯欠量的条件下,固化物的交联结构主要是聚醚网络结构和噁唑烷酮结构,三嗪结构很少.在氰酸酯适量和过量条件下,固化物交联结构主要是三嗪环和噁唑烷酮结构,聚醚结构很少.随着氰酸酯含量的增加,三嗪结构随之增加,聚醚结构减少,固化物的耐热性能和介电性能随之提高.     

纳米有机黏土/聚醚砜增韧环氧树脂复合材料研究

制备了新型的有机黏土/聚醚砜/环氧树脂纳米复合材料并对其微结构和增韧机理进行了研究.此纳米材料由半互穿网络结构的聚醚砜/环氧树脂基体和有序剥离形态的有机黏土组成.由于有机黏土和聚醚砜的加入大幅增加了环氧树脂的断裂韧性,并且出现了双增韧剂的协同增韧效应.增韧机理包括两个部分:一方面聚醚砜的加入形成了半互穿网络结构增加了基...     

DSC 法研究聚醚胺 / 酚醛胺-环氧树脂体系的固化行为

采用示差扫描量热法(DSC),在 25 ~ 230 ℃范围内以不同的升温速率(5,10,15, 20 ℃ / min),研究了以聚醚胺 / 酚醛胺为固化剂的环氧树脂体系的固化行为,对其不同升温速率下的固化度进行了分析,采用 T-β 外推法得出了该体系的起始固化温度、峰顶固化温度和终止固化温度等固化工艺参数。     

Study on the polyethersulfone/bismaleimide blends: morphology and rheology during isothermal curing

The morphology and rheological behave of the polyethersulfone/bismaleimide blends during isothermal curing was investigated by rheological instrument, different scanning calorimetry (DSC), scanning electronic microscopy (SEM) and time resolved light scattering (TRLS). The influences of the PES content, the PES molecular weight and the curing temperatures on the complex viscosity of the blends were discussed in detail, which suggested that the fluctuation of the complex viscosity at the beginning of phase separation was largely dependent on the PES content, while the PES molecular weight mainly influenced the onset of phase separation and had relatively less influence on the evolution of complex viscosity. Moreover, the evolution of complex viscosity of blends with high PES content was relatively less sensitive to the curing temperature. In addition, it was found that the phase morphology as well as the composition of continuous phase played an important role in the rheological behavior of PES modified bismaleimide resin during isothermal curing.     

ESTM-fabric/3266复合材料低速冲击响应及冲击后压缩行为研究

基于“离位”技术,分别开发两种新型聚醚砜(PES)点阵附载型(ES-L)和PES无规附载U3160织物型(ES-R)ES^TM-fabric织物,采用RTM工艺制备ES^TM-fabric织物增强3266中温环氧树脂基复合材料(ES^TM-fabric/3266),对其进行冲击阻抗及冲击后压缩测试,并利用荧光显微镜、SEM结果分析离位增韧机理,还对比研究未增韧U3160织物增强3266中温环氧树脂基复合材料的性能。低速冲击测试结果表明:相比未增韧U3160/3266(ES-U),ES^TM-fabric/3266的起始损伤阈值载荷显著提高,冲击损伤面积明显减少,裂纹扩展更加平缓,且以层内基体裂纹、纤维束内的纤维-基体脱粘和局部铺层断裂为主。ES-L的CAI值比ES-U增大了37%。ES-R层间出现均布式相反转结构,ES-L层间存在硬相区(富BMI连续相)和软相区(富PES连续相/3266相反转结构);ES-L的相结构能够更加有效地缓解应力集中、耗散冲击能量,从而使其表现出最佳的损伤阻抗和损伤容限性能。     

Morphology evolution of polysulfone nanofibrous membranes toughened epoxy resin during reaction-induced phase separation

The phase separation process and morphology evolution of 5 wt% polysulfone (PSF) nanofibrous membranes toughened epoxy resin at different temperatures were investigated by synchrotron radiation small angel X-ray scattering (SR-SAXS), phase contrast microscopy (PCM) and scanning electron microscopy (SEM). The onset time of phase separation obtained by different methods was basically identical. As the curing proceeded at constant temperature, the scattering peak corresponding to the maximum scattering intensity shifted to a smaller scattering vector (q_m), and the average diameters of PSF spheres increased, which showed a phase separation pattern of nucleation and growth mechanism. PSF spheres exhibited random alignment in “sea-island” morphology, which was attributed to the in situ phase separation of PSF nanofibers. Also, the effects of phase separation kinetics on the phase morphology and fracture toughness of nanofibrous membranes toughened epoxy resin were investigated. Results showed that the phase separation process was faster than the curing reaction process, which implied that the diffusion coefficient of PSF in epoxy resin increased with increasing the curing temperature, resulting in the increase of PSF sphere size that in turn improved the fracture toughness at higher temperature.     

功能化纳米SiO2-聚醚砜/BMI-酚醛环氧树脂复合材料的固化动力学与性能

以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂、双马来酰亚胺（BMI）和酚醛环氧树脂（F51）为基体、聚醚砜（PES）为增韧剂、硅烷偶联剂KH560功能化纳米SiO₂（KH-SiO₂）为改性剂,采用原位聚合法制备了KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料,并通过非等温DSC确定了复合材料的固化工艺及固化反应动力学。根据Kissinger方程和Ozawa方程求得体系的表观活化能分别为96.03 kJ/mol和99.18 kJ/mol。FTIR测试结果表明:KH-SiO₂改性效果良好,不饱和双键和环氧基特征峰消失,BMI中C=C双键和F51中环氧基在DDM作用下参与了体系的固化反应。SEM结果表明:PES树脂和KH-SiO₂含量适当时,PES树脂和KH-SiO₂在树脂基体中分散均匀,断裂纹不规则杂乱发展,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料呈韧性断裂。力学性能测试和热失重测试表明:当PES含量为4wt%,KH-SiO₂含量为1.5wt%时,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为156.23 MPa、4.18 GPa和20.89 kJ/m2,较BMI-F51基体分别提高了49.7%、29.4%和82.8%;KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的热分解温度为393.1℃,残重率为50%时,分解温度高达523.1℃,耐热性十分优异。KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的力学性能和耐热性有了较大提高,为拓展F51及BMI的应用范围提供了一定的理论数据。      

聚醚砜/环氧树脂复合体系的研究

研究了聚醚砜（ＰＥＳ）／环氧树脂复合体系的微面结构和热－力学性能,分析了ＰＥＳ在环氧树脂基体中的增韧机理,ＰＥＳ／环氧树脂复合体系为两相结构,分散相ＰＥＳ呈不规则的变形颗粒分散在环氧树脂中,加入一定量ＰＥＳ可较大幅度地提高环氧树脂的韧性,而不降低环氧树脂的模量和耐热性。     

双马来酰亚胺-聚醚砜复相树脂固化与相行为

采用非等温DSC研究了双马来酰亚胺-聚醚砜（BMI-PES）复相树脂体系的固化行为和固化动力学,根据Kissinger方程计算BMI-PES复相树脂固化的表观活化能和指前因子,利用Crane方程计算反应级数,得到反应动力学方程,进行了实验固化度与理论固化度对比验证,通过SEM研究BMI-PES复相树脂微观相结构随固化温度和时间的演化规律。树脂固化行为显示:BMI-PES复相树脂固化反应存在自催化现象,PES参与了BMI固化;随着升温速率增大,BMI-PES复相树脂固化特征温度均向高温移动,但固化热焓基本不变;随着PES添加量增多,反应速率增大,BMI-PES复相树脂固化热焓降低,而峰值固化温度无变化。固化动力学研究表明:随着PES添加量增多,BMI-PES复相树脂固化表观活化能增大,但指前因子和反应级数无变化,固化为一级反应;BMI-PES树脂在200℃固化时,反应前期固化度实验数据与理论值吻合度很高。SEM结果表明,BMI-PES树脂经180℃固化处理后产生了相反转结构。      

苯并口恶嗪/聚醚砜共混体系的相结构与性能

首次用20%聚醚砜(PES)改性二苯甲烷二胺型苯并口恶嗪(BOZ-M)。通过涂膜的方法得到外观均匀的韧性薄膜,并借助于扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)及动态机械分析仪(DMA)研究了固化物薄膜的微相结构、微相组成、耐热性能及力学性能。结果表明,共混体系在BOZ-M树脂固化过程中发生了明显相分离,形成以PES富集相为连续相、聚苯并口恶嗪(PBOZ-M)富集相为球形分散相的相反转结构的相形态,其中柔性的PES薄膜紧密包裹着PBOZ-M微球(1μm～3μm)。共混薄膜的玻璃化转变温度(Tg)为216℃,断裂伸长率为3.5%,具有优异的耐热性及力学性能。     

基于微波固化工艺的碳纤维T800/环氧树脂复合材料固化反应动力学

针对微波固化工艺下的碳纤维（T800）/环氧树脂复合材料的固化反应行为,运用非等温差示扫描量热（DSC）法,研究了T800/环氧树脂复合材料的固化反应放热过程。基于Kamal动力学模型,采用粒子群全局优化算法,拟合得到了纯微波固化工艺及高压微波固化工艺的T800/环氧树脂复合材料固化反应动力学方程,通过实验验证,该方程能够很好地描述T800/环氧树脂复合材料微波固化反应动力学行为。并系统对比研究了不同固化工艺方法对T800/环氧树脂复合材料固化反应动力学的影响。结果表明：相比传统热固化工艺,微波固化工艺能够有效提高T800/环氧树脂复合材料的固化反应速率并降低其固化反应的活化能,同时固化压力的引入对T800/环氧树脂复合材料的固化反应有一定的促进作用。     

环氧乙烯基酯树脂固化工艺及性能研究

采用三种不同过氧化物为树脂基体固化剂,对环氧乙烯基树脂进行固化。测定不同固化剂含量在不同温度下树脂的凝胶时间,通过对制备的树脂浇注体进行拉伸实验测试,差示扫描量热（DSC）法研究了不同树脂固化体系的反应放热特性,采用扫描电镜（SEM）观察了不同固化剂在其最佳固化工艺下树脂浇注体的断面的表面形态。本文确定了不同体系树脂胶液的固化剂含量及固化工艺,得到拉伸性能良好的环氧乙烯基树脂浇注体。