不同长度脂肪链对含萘环结构环氧树脂的固化动力学的影响研究

为了研究环氧树脂的不同长度脂肪链结构因素对其固化动力学和固化物性质的影响,合成了两种以萘环结构为分子骨架,以酯键链接两条对称的柔性脂肪链结构的环氧树脂,并通过核磁共振氢谱(1 H NMR)和元素分析(EA)对其结构进行了表征。以DDM为固化剂通过Ozawa法计算出R1/DDM和R2/DDM固化体系的反应活化能Ea分别42.34kJ/mol和56.88kJ/mol,并且发现具有长链结构的R1对固化反应有一定的阻碍作用,而短链结构的R2对固化体系有一定的自催化作用。对固化物的热稳定性、玻璃化转变温度(Tg)、拉伸强度、弯曲强度和吸水率进行了测试,研究了它们之间的构效关系。研究结果表明随着环氧树脂脂肪链长度的增加,其固化物的耐热性、玻璃化转变温度和吸水性下降,而力学性能得到了提高。     

改性有机硅/邻甲酚醛环氧树脂复合体系研究

采用含氢硅油(H-PDMS)和烯丙基缩水甘油醚(AEP)在氯铂酸催化下,合成了带侧链环氧基的环氧化硅油(ES),并用ES及其改性物(PSA)来改性邻甲酚醛环氧树脂(ECN),制备出一系列可用于电子封装等具有高韧性、高耐热性等高性能环氧基料.通过对固化物的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、吸水率和玻璃化转变温度(Tg)以及断裂面形态的测定,探讨了改性方法、有机硅组成与含量等对改性材料性能的影响.结果表明:有机硅改性ECN后,其韧性和耐热性均有不同程度的提高.其中,环氧树脂经10份PSA改性后,增韧和耐热性均得到较大提高,其Tg达185.81℃,比纯ECN提高了21.33℃.     

高分子硅烷偶联剂改性环氧树脂性能研究

采用侧链氨基硅油(AEAPS)和小分子偶联剂KH-560为原料合成了一系列氨基硅油高分子偶联剂(APCA)并用作双酚A型环氧树脂(EP)/4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)体系的改性剂,系统研究了改性剂含量等对改性环氧固化物的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、玻璃化转变温度(Tg)和断裂面形态等的影响。结果表明,APCA能明显提高固化体系的性能,其中环氧树脂经10份APCA-60改性后,与未改性环氧相比,抗冲强度提高了近一倍,断裂伸长率增加了94.55%,拉伸强度也提高了59.55%,而Tg也提高了5℃,达到了明显的增强增韧和提高耐热性等效果。     

聚氨酯改性烯丙基环氧树脂的研究

采用异氰酸酯基(-NCO)封端的聚丙二醇(PPG2000)预聚体(PUR)与烯丙基环氧树脂(DADGEBA)中的-OH反应将聚氨酯柔性链段引入环氧树脂结构中,使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)对其结构进行表征,用旋转黏度计测定其粘温变化,平板小刀法测其与4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)固化凝胶时间,差示扫描量热仪(DSC)对其固化物玻璃化转变温度(Tg)进行了研究。考察了质量比m(DADGEBA):m(PU)对PU改性DADGEBA力学性能和热性能的影响。实验结果表明,PU链段可以改善DADGEBA的韧性,并且两者相容性较好,同时接枝并不影响环氧树脂中的烯丙基双键和环氧基团;当质量比m(DADGEBA):m(PU)=100:10时,粘流活化能为67.9kJ/mol,与DDM固化表观活化能为50.5kJ/mol,并且固化物韧性和强度同时提高,耐热性较好。     

含侧环氧基硅油复合改性环氧树脂的研究

采用侧基环氧化硅油(ES)及其改性物(PSA)来复合改性双酚A型环氧树脂(EP).通过测定复合改性固化物的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率和玻璃化转变温度(Tg),扫描电子显微镜对改性固化物的断裂面形态分析等,系统探讨了复合改性方法、有机硅组成及其含量等对复合改性材料性能的影响.结果表明,采用ES和PSA复合改性EP后,其韧性和耐热性均有不同程度的提高,且以环氧值高的ES和PSA的改性效果更好.其中环氧树脂经10份ES-16或10份PSA-16改性后,Tg由未改性的156.73℃提高到177.35℃,比改性前提高了近20.62℃,均达到了很好的增韧和提高耐热性的效果,符合电子封装等高性能材料的改性要求.     

聚氨酯接枝改性环氧树脂的微观结构

由端-NCO基聚氨酯预聚物(PU)与环氧树脂(EP)反应制备了聚氨酯接枝改性环氧树脂(EP-g-PU),考察了PU和活性稀释剂含量及异氰酸酯结构对EP-g-PU固化物玻璃化转变温度(Tg)和微观形貌的影响。结果表明,EP-g-PU固化物的Tg随PU含量增加而升高,随活性稀释剂含量增加而降低;三种异氰酸酯制备的EP-g-PU固化物的Tg顺序为IPDIMDITDI。异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)型EP-g-PU固化物的断面形貌为以EP为细胞核、PU为细胞壁的两相细胞状结构,甲苯二异氰酸酯(TDI)型EP-g-PU固化物的断面形貌为PU以岛状分布于EP基体中的海岛结构,但岛相也是以EP为细胞核、PU为细胞壁的两相细胞状结构。     

正丁酸封端的超支化聚酯改性环氧树脂的性能研究

设计并合成了一种以正丁酸为柔性链封端的超支化聚酯树脂(flexible chain blocking hyperbranched polyester,FCBHBP),并用其改性环氧酸酐树脂,结果表明,FCBHBP对环氧树脂具有增韧、降低介电常数和介电损耗的作用。通过核磁谱图(NMR)和傅里叶红外光谱图(FT-IR)表征FCBHBP分子的超支化结构;通过力学性能测试发现FCBHBP对环氧酸酐固化物有明显的增韧作用,当FCBHBP用量为环氧树脂的20%(质量分数)时,改性的环氧酸酐固化物的冲击和弯曲强度分别为未改性环氧酸酐固化物的160%和117%;通过介电性能测试发现,FCBHBP可以利用自由体积降低环氧树脂介电常数,同时可以利用柔性链与环氧树脂中极性官能团的相互作用在一定频率内降低介电损耗。     

原儿茶酸环氧树脂的制备与应用性能测试

环氧树脂质脆需要增韧才能满足应用要求,以天然原儿茶酸(Protocatechuic acid,PA)和环氧氯丙烷为原料,通过两步法反应合成原儿茶酸环氧树脂(PA-EP),并将其作为特种环氧树脂用于双酚A环氧树脂(E-51)的改性研究。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、核磁共振(1HNMR)、电位滴定仪和黏度仪对产物进行结构表征和性能测试。FTIR和1HNMR分析表明成功合成目标产物,环氧值为0.73 eq/100 g,25℃下黏度为43.2 Pa·s。力学性能分析表明,当PA-EP与E-51质量比为10%时,PA-EP/E-51固化物的力学性能最佳,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比纯E-51分别提升了37.4%、17.2%和82.9%。冲击断面的扫描电子显微镜(SEM)结果表明,10%PA-EP/E-51固化物呈现良好的韧性断裂特征。动态机械分析(DMA)和热重分析(TG)结果表明,随着PA-EP含量的增加,固化物的玻璃化转变温度(Tg)由纯E-51的116.0℃提高到12.5%PAEP/E-51的137.3℃,失重10%的温度和最大分解速率的温度都略微下降,但800℃残渣量由纯E-51...     

高性能萘基环氧树脂的合成

采用化学结构改性的方法,以萘酚和福尔马林溶液为原料,合成了分子骨架中相对于苯基体积较大、刚性强、平面结构、疏水性高的萘环为主链结构环氧树脂-2,2'-二缩水甘油醚基-1,1'-联萘(DGEBN)和邻邻'-二缩水甘油醚基-二萘基-亚甲基(DGEFN);然后分别以双氰双胺(DICY)、4,4'-二氨基-二苯基甲烷(DDM)、4,4'-二氨基-二苯基砜(DDS)作为固化剂,对DGEBN、DGEFN、DGEBA固化体系性质进行研究;研究结果表明,萘基环氧树脂固化物比苯基环氧树脂(DGEBA)固化物具有更高的玻璃化转变温度(Tg),极好的热稳定性和较低的吸湿性,是一种高性能的新型环氧树脂体系.     

耐热强韧性环氧树脂基体的性能

本文用脂环族三官能度环氧树脂TDE-85改性双酚A型环氧树脂达到提高耐热性与强韧性的目的。研究了TDE-85含量对树脂基体性能的影响规律,结合动态介电分析法(DDA)确定的固化工艺制备并测试树脂基体性能,实验结果表明,改性环氧树脂体系的力学性能、热性能及冲击强度均有较大幅度的提高,与普通双酚A型树脂相比,相同固化体系作用下拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度及冲击韧性分别提高49.05%、50.0%、36.24%及19.53%;DMA测试结果显示其热稳定性好,Tg提高大于10℃以上,71℃时储能模量E′下降4.5%。并通过红外光谱学进行了分子结构与性能的相关分析。     

聚苯硫醚及其玻璃纤维增强复合材料力学性能研究

本文利用差示扫描量热仪(DSC)研究了国产低分子量聚苯硫醚及其固相热处理产物的热行为,并用悬浮-熔融法制备了玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的预浸带,测定了其单向板的力学性能,观察了其断口形貌。结果表明:低分子量聚苯硫醚经过固相热处理后,其T_g、T_c上升,T_m下降;热处理后的聚苯硫醚玻纤复合材料在室温时的力学性能有很大程度的提高,其高温性能受玻璃化转变的影响显著;通过SEM观察断口发现其破坏主要属于界面脱粘。     

生物基没食子酸环氧树脂/纳米氧化锌抗菌涂层的制备与性能EI北大核心CSCD

以没食子酸为主要原料制备生物基没食子酸环氧树脂(GAER),将硅烷偶联剂KH550表面改性的纳米ZnO与GAER进行复合,以丁二酸酐为固化剂,制备KH550-nano-ZnO/GAER生物基复合涂层。对纳米ZnO改性前后微观结构的变化进行表征;采用示差扫描量热仪对丁二酸酐/GAER体系的固化过程进行研究,测试KH550-nano-ZnO的加入对GAER固化膜力学性能、热性能、动态力学性能以及抗菌性能的影响。结果表明:适量KH550-nano-ZnO的加入,可以增加GAER固化体系的玻璃化温度,提高涂层表面的抗冲击性,KH550-nano-ZnO含量的增加使得涂层的硬度增加,附着力下降,热稳定性增加。复合涂层的起始热失重温度(T5%)比纯GAER高12.6~15.4℃。当KH550-nano-ZnO含量为2%(质量分数)时,玻璃化转变温度与纯GAER树脂相比增加了30.7℃。KH550-nano-ZnO/GAER固化涂膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到99.99%。     

聚硅氧烷/聚己内酯/环氧树脂复合体系的制备及表面性能

通过—OH和—NCO的亲核加成反应,直接合成出端硅氧烷基聚己内酯/聚硅氧烷混合物(PCL-TE-Si/PDMS-TESi),再与环氧树脂(EP)共混制得聚硅氧烷/聚己内酯/环氧树脂复合体系。利用扫描电镜、X光电子能谱对复合体系进行了两相相容性分析和表面元素分析,通过测试复合体系的表面接触角,利用Owens-Wendt-Kaelble模型推算出复合体系的表面张力,并研究了体系的耐水性。结果表明：复合体系在固化过程中,Si元素在一定程度上向表面迁移富集;50℃固化体系的两相相容性好于室温固化体系;室温固化体系的表面张力随PCL-TESi/PDMS-TESi含量的增加逐渐下降,且低于50℃ 固化体系的表面张力;复合体系耐水性优异,当PCL-TESi/PDMS-TESi 与EP质量比为5∶5时,常温固化体系在50℃蒸馏水中浸泡7天后质量变化率小于1%。     

Flexural and interlaminar shear strength properties of carbon fibre/epoxy composites cured thermally and with microwave radiation

The ease of heating an epoxy resin with microwaves depends, among other factors, on the dielectric properties of its components at the frequency of the radiation used. The majority of the papers published on the microwave curing of reinforced epoxy resin composites have used widely available DGEBA type resins and amine hardeners such as 4,4′-diaminodiphenylsulphone (DDS). This paper investigates the use of two epoxy systems where the choice of resin and hardener was based on their measured dielectric loss factors. System 1 contained a resin and hardener with higher loss factors than those used in System 2. The two systems are formulated with polyetherimide (PEI) as a toughening agent. Unidirectional carbon fibre prepregs were prepared from both systems. Composites were laid up from these prepregs, which were then cured in three different ways: autoclave curing, partial autoclave curing followed by microwave post-curing, and microwave curing. System 1 composites had greater flexural properties and interlaminar shear strengths than System 2 composites when autoclave cured. Flexural properties and interlaminar shear strengths were greater for System 2 in the microwave post-cured composites. When fully microwave-cured the properties were similar. In the microwave-cured composites the flexural and interlaminar shear properties were influenced by the structure of the phase separated PEI and the void content.     

Study of Composite Interface Fracture and Crack Growth Monitoring Using Carbon Nanotubes

Interface fracture of woven fabric composite layers was studied using Mode II fracture testing. Both carbon fiber and E-glass fiber composites were used with a vinyl ester resin. First, the single-step cured (i.e., co-cured) composite interface strength was compared to that of the two-step cured interface as used in the scarf joint technique. The results showed that the two-step cured interface was as strong as the co-cured interface. Carbon nanotubes were then applied to the composite interface using two-step curing, and then followed by Mode II fracture testing. The results indicated a significant improvement of the interface fracture toughness due to the dispersed carbon nanotube layer for both carbon fiber and E-glass fiber composites. The carbon nanotube layer was then evaluated as a means to monitor crack growth along the interface. Because carbon nanotubes have very high electrical conductivity, the electrical resistance was measured through the interface as a crack grew, thus disrupting the carbon nanotube network and increasing the resistance. The results showed a linear relationship between crack length and interface resistance for the carbon fiber composites, and allowed initial detection of failure in the E-glass fiber composites. This study demonstrated that the application of carbon nanotubes along a critical composite interface not only improves fracture properties but can also be used to detect and monitor interfacial damage.     

热熔法预浸料用氰酸酯树脂的性能

采用聚醚砜(PES)对氰酸酯树脂改性,制备出PM915树脂。对PM915树脂的工艺性能和固化物性能进行了系统研究,该树脂成膜性和贮存稳定性良好,适用于热熔法预浸料工艺。研究了PM915树脂的流变性能及凝胶时间,树脂在70℃时的黏度为20 Pa·s左右,在120℃条件下可保持黏度稳定时间达115 min,160℃时凝胶时间为40 min。PM915树脂制备过程中部分反应热已释放,其拥有较低的固化放热焓,固化温度为220℃。通过引入热塑性组分PES,PM915树脂的固化收缩率低至0.16%。PM915树脂固化物具有优良的热性能,热失重5%时的温度T_d5=423℃,玻璃化转变温度T_g=276℃,热膨胀系数为4.4×10?5/℃。通过热塑性树脂的改性,引入了柔性基团,进而提高了树脂固化物的韧性,PM915树脂固化物的弯曲强度和弯曲模量分别为139.3 MPa和4.2 GPa,拉伸强度和拉伸模量分别为75.8 MPa和3.8 GPa;扫描电子显微镜（SEM）表征显示PM915树脂固化物为韧性断裂。结果表明,PM915树脂是一种适用于热熔法预浸料的氰酸酯树脂基体,且具有低固化收缩率、高尺寸稳定性和优良耐热性,可应用于卫星等航天器结构件。      

含磷双环戊二烯酚醛固化剂的合成及固化环氧树脂的性能

合成了一种含磷酚醛型环氧树脂固化剂DCPD-DOPO,通过红外光谱和核磁共振谱对其化学结构进行了表征,采用凝胶渗透色谱测量了其相对分子质量。以DCPD-DOPO、苯酚型酚醛树脂(PF8020)或其复合物为固化剂,双酚A环氧树脂(DGEBA)为基料,制备了不同磷含量的阻燃环氧树脂。通过热重分析、差示扫描量热分析研究了环氧树脂固化物的热性能和阻燃性能;通过极限氧指数(LOI),垂直燃烧实验和锥形量热法研究了固化后环氧树脂固化物的燃烧特性。结果表明,DCPD-DOPO固化的环氧树脂的LOI可达31.6%,垂直燃烧性能达到UL94 V-0级,玻璃化转变温度(T_g)为133℃。采用DCPD-DOPO与PF8020复合物固化的环氧树脂的T_g提高到138℃以上,LOI值略有降低,但仍能通过UL 94V-0测试。DCPD-DOPO与PF8020添加DCPD-DOPO后,复合固化的环氧树脂的热释放速率峰值及总释热量较PF8020固化的环氧树脂大幅度降低。此外,还用Kissinger法对环氧树脂固化反应动力学进行了研究。     

超支化聚酯基二茂铁/环氧树脂复合材料的制备及性能

以第3代环氧端基脂肪族超支化聚酯（EHBP）增韧的环氧树脂（E-51）为基体材料,超支化聚酯基二茂铁（HBPE-Fc）为吸波剂,制备具有一定力学承载及电磁性能的超支化聚酯基二茂铁/环氧树脂（HBPE-Fc/E-51）复合材料,并通过力学性能测试及扫描电镜、矢量网络分析仪等研究了该复合材料的力学及电磁性能。结果表明,添加较低含量的HBPE-Fc能较好地改善环氧树脂体系的拉伸及冲击性能,第4代HBPE-Fc质量分数为2%时,与纯环氧树脂体系相比,HBPE-Fc/E-51复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度分别提高了21.81%、34.32%和15.41%,对固化体系的拉伸断面分析发现引入HBPE-Fc后材料表现出韧性断裂。HBPE-Fc/E-51复合材料的玻璃化转变温度在105.29~130.27 ℃之间,具有良好的热稳定性,同时该复合材料具有一定的电磁特性。     

环氧618树脂线加热固化特征

为了深入了解复合材料固化过程的温度变化与微结构变化特征,设计了线热源加热的固化实验方法。采用SEM技术和3D温度采集系统考察了线加热条件下树脂体系的固化生长形态、微观结构的形成过程以及固化过程体系中的温度分布和变化规律。结果表明,线加热条件下形成的固化物表面微观形貌可以直观地反映均匀加热条件下树脂体系固化过程不同时刻体系微观形貌的形成历程。研究结果对理解复合材料热压成型过程中热传递方式、热应力与微观结构的形成机理具有一定的参考价值。      

LTM树脂及其复合材料的初步研究

报告一种研制的低温固化高温使用树脂体系Xufyg-44。用它成型复合材料层压制件时,固化温度低于70 ℃,最终固化产物的玻璃化转变温度高于200 ℃,浇注体力学性能以及复合材料制件在整个固化周期中的尺寸稳定性良好。