用等温DSC法研究碳纤维对环氧/芳香二胺固化动力学的影响

本文用等温DSC法研究了碳纤维对E-51/DDM(低温固化)和E-51/DDS(高温固化)两个环氧体系固化动力学的影响。碳纤维对上述两个不同环氧体系固化反应动力学的影响是不同的。     

双酚A型环氧树脂/芳香胺固化体系的固化动力学研究

分别以4,4‘-二氨基二苯甲烷（DDM）和4,4‘-二氨基二苯砜（DDS）为固化剂，采用非等温差示扫描量热法（DSC）研究了E-44和E-51两种双酚A型环氧树脂的固化反应动力学。收集与分析了在25～350℃范围内分别以5、10、15、20℃/min的升温速率进行固化的反应参数，然后采用Starink法计算得到不同环氧固化体系的表观活化能。同时，借助各固化体系的动态流变性能，分析了双酚A型环氧树脂/芳香胺固化体系的固化反应机理，并选用双参数自催化模型计算了各固化体系的反应速率方程。研究结果表明：当环氧固化体系的固化剂不同时，采用DDM作为固化剂的环氧固化体系（E-44/DDM、E-51/DDM），其表观活化能均低于添加DDS固化剂的环氧体系；选用同种固化剂（DDM或DDS）时，E-51树脂体系的表观活化能均低于E-44树脂固化体系。反应速率方程结果显示，该双参数自催化模型与实际试验结果的吻合性良好，可用于描述双酚A型环氧树脂/芳香胺固化体系的固化历程。     

上浆剂类型对碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料性能影响

本文研究了乙烯基酯树脂固化工艺,并根据固化工艺制备出不同上浆剂的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料,并对复合材料进行了力学性能和热稳定性能测试,结果表明水性聚氨酯上浆剂碳纤维较水性环氧上浆剂碳纤维制备的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料拉伸强度提升了16%,弯曲强度提高10%,层间剪切强度提高19%,并采用扫描电镜(SEM)分析了两种上浆剂碳纤维制备的碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的层间剪切断面的表面形态,发现聚氨酯上浆剂的碳纤维能够与乙烯基酯树脂有更好的界面结合性能。     

耐高温PPBES溶液型碳纤维上浆剂的制备及性能

碳纤维增强高性能树脂基复合材料具有质轻、耐腐蚀性、力学强度高等特点,提升树脂与纤维界面强度可以优化复合材料综合性能。利用杂萘联苯聚芳醚树脂所具有的优异溶解性,选择氯仿∶N-甲基吡咯烷酮=2∶8混合溶液作为溶剂,制备耐高温溶液型上浆剂。通过对碳纤维进行上浆操作,在碳纤维表面包覆杂萘联苯聚芳醚砜树脂基团,纤维表面活性增加,当溶液上浆剂质量浓度为1.0%～1.5%时,树脂在碳纤维表面分散性较好,通过对比使用不同上浆剂的碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能,使用浓度为1.5%的溶液上浆剂处理后的碳纤维相较于脱浆碳纤维,玻璃化转变温度从未处理的214℃提升至223℃,损耗因子从未处理的0.38下降到0.33,所制备的复合材料弯曲强度提升了12.0%,层间剪切强度提升了11.1%,证明溶液型上浆剂的使用提升了纤维与树脂间的界面性能。综上,溶液型上浆剂的使用能够提升碳纤维的表面活性,进而提升复合材料的弯曲强度、界面剪切强度,且提升效果优于市售常见环氧上浆剂,加工方便,有着广阔的市场应用前景。     

E-51环氧/TA-70体系固化反应动力学研究

测试了E-51环氧/TA-70固化体系从0℃至180℃在不同升温速率下的DSC曲线,通过Ozawa方程、Kissinger方程计算该体系的活化能,利用Crane方程计算该体系的反应级数.结果表明,DSC曲线呈单峰,通过2种方程计算的活化能相近,为57.05 kJ/mol,反应级数为0.92,接近1级反应.通过凝胶化时间及力学性能、粘接性能测试得出E-51/TA-70体系是室温固化体系,具有高韧性、高强度的力学性能.     

超声加速环氧胶黏剂的固化动力学行为与机理

超声可显著提高胶黏剂的固化速率,加快胶接成型。采用双酚A型环氧树脂/低分子聚酰胺650体系胶黏剂树脂,以碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金接头为黏接对象,通过超声工具头对接头中的CFRP板施加超声振动。通过差式扫描量热法(DSC)分析固化过程,证实对胶接接头施加超声振动可使胶黏剂的固化速率较常温固化提高26倍。通过监测振动过程中胶黏剂的温度变化,表明超声能够促进胶黏剂升温,有利于加速固化反应。对固化动力学方程进行变换,结合温度数据,建立超声辅助固化的变活化能模型,表明超声可显著降低固化反应活化能。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析发现超声可使环氧键、N—H键活化,提高反应活性。     

用DSC研究碳／环氧的界面反应

本文用动态差示扫描量热法(DSC)测定了碳纤维(经氧化处理)对三种环氧树脂体系(E-51/DDM、E-51/DDS和E-51/DDS/BF_3·400)的DSC固化曲线特性数据和表观固化活化能的不同影响,从而推论利用DSC法有可能判断在一定条件下碳/环氧之间有无界面反应的发生。     

氰酸酯和酚醛环氧改性苯并噁嗪树脂非等温固化动力学研究

以氰酸酯和酚醛环氧树脂改性苯并噁嗪树脂,制备了一种新型三元共聚树脂体系(BOZ-M/F51/BCE),并采用非等温DSC法测量该改性树脂体系的固化过程。结果表明,随着升温速率的提高,BOZ-M/F51/BCE改性树脂体系的固化工艺窗口并未发生明显的变化;BOZ-M/F51/BCE树脂体系的平均活化能为67.2 k J/mol,反应级数为0.91;三元共聚树脂体系随着升温速率的升高,达到最大反应速率对应的温度向高温方向移动。     

UV固化水性环氧衣康酸树脂的合成及性能研究

利用含有柔性链段的聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGGE)对环氧树脂(E-51)进行降黏增韧改性,然后与衣康酸(IA)进行酯化反应,将光敏基团和羧基同时引入到树脂中,合成UV固化水性环氧衣康酸树脂。研究了反应温度、催化剂种类及用量对合成树脂的影响,PEGGE用量、中和剂对树脂和涂膜性能的影响;用红外光谱对合成树脂进行了表征。结果表明:当PEGGE环氧基与E-51环氧基的物质的量比为1∶1,反应温度为105℃,催化剂N,N-二甲基苄胺用量为1%,中和剂采用2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯时,合成树脂的反应速率和转化率较高,水性UV树脂(固含量80%)稳定性较好,黏度低至810 m Pa·s,涂膜附着力0级,柔韧性2 mm,耐冲击性50 cm,树脂和涂膜综合性能优良。     

环氧树脂改性酚醛型氰酸酯树脂的研究

用E-51环氧树脂对酚醛型氰酸酯树脂(n-CE)进行增韧改性,研究了改性n-CE树脂体系的凝胶时间,采用示差扫描量热法(DSC)研究了改性n-CE树脂体系的反应活性及固化工艺,通过热重分析法(TGA)分析了不同含量E-51环氧树脂改性n-CE后固化物的热性能,并测定了体系的吸水率及力学性能。结果表明,随着E-51环氧树脂用量的增加,n-CE改性体系的反应活性逐渐提高,固化温度逐渐降低;体系的韧性增加;改性后材料的起始热分解温度均在300℃以上,吸水率均低于2%。