超支化聚氨酯增韧环氧树脂的性能研究

采用超支化聚氨酯(HBPU)作为增韧剂,制备环氧树脂的复合材料,并测试其力学性能和热学性能,并对复合材料的断面进行微观形貌表征。结果表明:在HBPU的含量在10%(质量分数)时,冲击强度达到最大值(强度为32.02kJ·m-2)材料的冲击强度提高将近200%,弯曲性能也有所提高同样的变化趋势。复合材料的力学性能随着代数的增大而增大。复合材料的断面呈应力发白现象,电镜图片也呈现出蜂窝状,进一步验证了超支化聚氨酯的空穴化和相分离理论韧性机理的合理性。复合材料的Tg随添加量增加而下降,随代数增加而增加。     

环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2复合材料的制备及性能

采用超支化聚酯与聚硅酸溶胶共混改性环氧树脂,制备了环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2三元共混体系纳米复合材料。研究了超支化聚酯/聚硅酸溶胶增韧改性环氧树脂固化体系的力学性能及热性能,通过X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)等测试手段对材料的微观相态结构与性能进行了表征。结果表明,超支化聚酯/聚硅酸的加入使纳米复合材料的力学性能和热性能得到明显提高。当纳米SiO2的含量为1%(质量分数,下同)时冲击强度比纯环氧树脂提高了10.48kJ/m2,材料的起始热分解温度也提高了27℃。     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

芳香族聚醚型超支化环氧对双酚A型环氧的增韧研究

通过质子转移聚合,采用双酚A和三羟甲基丙烷三缩水合成了一种芳香族聚醚型超支化环氧(EHBP),将其添加到双酚A缩水甘油醚型环氧(DGEBA)中制备成杂化树脂进行增韧改性。采用酸酐固化后,利用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对固化树脂的玻璃化转变温度和热稳定性进行了表征,并对其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度进行了测试。结果表明向DGEBA中添加EHPE可以在不影响材料热性能和拉伸强度的情况下改善其韧性。在EHBP添加量为15%时,材料的冲击强度由纯DGEBA的19kJ/m2提高到28kJ/m2。扫描电子显微镜对材料冲击断面的形貌的表征表明,EHBP对环氧树脂的增韧机理为原位均相增韧。     

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。     

聚酯液晶/环氧树脂复合材料的合成及应用

以4,′4-二(β-羟乙氧基)联苯(BP2)、对苯二甲酰氯(TPC)为原料,吡啶为催化剂,通过溶液聚合法合成一种含有联苯基的新型聚酯液晶(DCLP)。采用红外光谱(FT-IR)、偏光显微镜(POM)及X射线衍射(WAXD)对DCLP的分子结构和液晶性进行表征,然后将该聚酯液晶与环氧树脂(E-44)共混制备聚酯液晶/环氧树脂复合材料,并对其性能进行研究。实验结果表明,加入3%的DCLP,可使复合材料的冲击强度由26.2kJ/m2提高到47.7kJ/m2,拉伸强度和弯曲强度也有不同程度的提高,热分解温度提高10℃~20℃。冲击断面的扫描电镜(SEM)分析表明,聚酯液晶对环氧树脂固化物有明显的增韧效果。     

超支化聚(胺)酯基二茂铁/E-51环氧树脂复合材料的制备及性能

为制备结构/吸波一体化的复合材料,将超支化聚(胺)酯基二茂铁(HAPE-Fc)作为吸波剂通过物理共混与经超支化环氧(EHBP)改性的E-51环氧树脂基体复合,研究复合材料的密度、热稳定性和力学性能。结果表明,复合材料的密度较小,介于1.15 g/cm3~1.23 g/cm3之间;热稳定性较好,起始热分解温度均高于250℃,最大热分解温度均高于290℃;力学性能最好的为第二代超支化聚(胺)酯基二茂铁(G2-HAPE-Fc)添加量为5%的复合材料,拉伸强度为59.05MPa,断裂伸长率为5.77%,冲击强度为12.89kJ/m2。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

直链端羧基聚酯酰胺树脂增韧改性环氧树脂

以己二酸、三乙二醇、尿素和顺酐为原料合成了直链端羧基聚酯酰胺树脂,并用其改性双酚A型环氧树脂。通过扫描电镜表征了环氧/酸酐固化体系冲击断面形貌,通过力学性能、差示扫描量热分析、热失重测试,探讨了聚酯酰胺树脂对环氧树脂性能的影响。结果表明,制得的聚酯酰胺树脂与环氧树脂形成了均相体系,改性环氧/酸酐固化体系韧性断裂特征明显;改性后环氧树脂固化速率和弯曲强度降低,热稳定性和冲击强度提高。当己二酸、三乙二醇、尿素和顺酐的摩尔比为10∶8∶2∶2时,聚酯酰胺树脂改性环氧/酸酐固化体系的冲击强度最高,为26.5kJ/m2。     

环氧树脂/碳化硅复合材料的性能研究

以低分子量聚酰胺为固化剂,对E-44型环氧树脂/碳化硅复合材料的力学性能及耐热性能进行了研究。实验结果表明,当低分子量聚酰胺中的活泼氢与环氧树脂中的环氧基团的摩尔比为0.7,邻苯二甲酸二辛酯用量为环氧树脂质量的20%,碳化硅用量为环氧树脂与低分子量聚酰胺总质量的50%时,其力学性能最佳,所得复合材料的拉伸强度、撕裂强度以及冲击强度分别为13.7MPa、49.1kN/m和1.2kJ/m2,并对该复合材料的连续相固化物进行了红外、耐热性能以及动态力学性能的表征。对铺设环氧树脂/碳化硅复合材料彩色路面提供了基础理论依据。     

两亲性嵌段共聚物增韧环氧树脂

合成了端环氧基硅油与聚醚胺(D-230)的嵌段共聚物。采用端环氧基硅油和嵌段共聚物对双酚A型环氧树脂(E-51)进行改性。结果表明,采用端环氧基硅油和D-230的嵌段共聚物改性环氧树脂(EP),效果优于端环氧基硅油改性的方式。采用4份端环氧基硅油预反应改性EP后,Tg由未改性的163.23℃提高到164.81℃。除耐热性有所提高外,其拉伸强度也几乎能保持不变,断裂伸长率由38.62%降低到30.53%,冲击强度由20.23 kJ/m2提高到32.51 kJ/m2。     

改性凹凸棒土-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的力学性能和热电性能

分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明:ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。      

多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物共改性环氧树脂三元复合材料性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和丙烯酸酯嵌段共聚物(ACRBC)协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂(MWCNTs-ACRBC/EP)三元复合材料。通过FTIR、 XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征,利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征,采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征,采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明:强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃,提高了13.3%, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高,抗弯强度为144 MPa,弯曲模量为3662 MPa,冲击强度为19.5 kJ/m^2。     

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。     

超支化聚酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的结构与性能

以分别具有端羟基、端十六烷基和端苯基的超支化聚酯(HBP)对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行共混改性,研究了HBP的端基类型和用量对HBP/PET复合材料拉伸强度、冲击强度、结晶性能及动态黏弹性的影响。结果表明: 当端苯基超支化聚酯(HBP-Bz)、端十六烷基超支化聚酯(HBP-C16)和端羟基超支化聚酯(HBP-OH)的质量分数分别为0.1%、0.4%和0.2%时,HBP/PET复合材料的拉伸强度和冲击强度均达到最大值;3种超支化聚酯在其质量分数为0.1%~0.4%的范围内,复合材料的结晶度都得到了提高,与HBP-C16和HBP-OH相比,HBP-Bz的加入明显加快了PET的结晶速率;低用量(0.1wt%~0.4wt%)的HBP在PET共混改性中起到了增黏的效果,HBP/PET复合材料熔体表现出假塑性流体的流变行为,HBP的加入在一定程度上增加了PET大分子的链缠结和物理交联点,从而使HBP/PET复合材料的拉伸强度、冲击强度以及熔体黏度均得到提高。     

剪切场下少量碳纳米管对HDPE结晶结构和性能的影响

通过动态保压注塑成型装置研究剪切场下少量多壁碳纳米管(MWCNTs)对高密度聚乙烯(HDPE)的结晶结构和性能的影响。拉伸测试结果表明,普通注塑成型下MWCNTs含量为1.8%的HDPE/MWCNTs与纯HDPE相比,拉伸强度从28MPa增加到30MPa,冲击强度由22 kJ/m2提高至29 kJ/m2;而剪切场下成型的HDPE和HDPE/MWCNTs样品,其拉伸强度分别达到49MPa和63MPa,同时冲击强度分别为54kJ/m2和69kJ/m2。微观扫描分析显示,普通成型下的HDPE和HDPE/MWCNTs制品内部均呈现出无序的结晶结构,而剪切场下成型的制品内部结晶排列规整,均有串晶状的结晶结构产生。尤其在HDPE/MWCNTs制品中,发现了片晶附生于MWCNTs表面而形成杂化的串晶结构。以上的结果表明,在剪切场下MWCNTs可以明显影响HDPE的结晶和力学性能。     

纳米SiO2-端羧基丁腈橡胶改性水性环氧树脂复合材料的制备及性能

以端羧基丁腈橡胶（CTBN）和纳米SiO₂（nano SiO₂）为增韧剂,先利用相反转法将CTBN与环氧树脂（EP）的共聚物制备成乳液,然后加入nano SiO₂进行共混,最后加入固化剂经梯度升温固化制得nano SiO₂-CTBN改性的水性环氧树脂（nano SiO₂-CTBN/WEP）复合材料。通过FTIR、SEM、TEM、万能拉伸试验仪和TG对nano SiO₂-CTBN/WEP复合材料的性能进行表征。结果表明：当CTBN含量为20%（与EP E-51的质量比）时,所制备的CTBN/WEP具有较好的储存稳定性,在此基础上加入nano SiO₂,当其含量为3%时增韧效果最好,nano SiO₂-CTBN/WEP的拉伸强度达14.5 MPa,断裂伸长率达9.1%,冲击强度为11.3 kJ/m²,弯曲强度达22.4 MPa,较未添加nano SiO₂的CTBN/WEP分别提高了40.1%、27.4%、73.9%和72.7%,其初始热分解温度也提高了近25℃。     

Hyperbranched polymers as modifiers of epoxy adhesives

A novel hyperbranched poly(amide-ester)s (HBP) has been synthesized through the AB₂ approach in one-step polycondensation without solvents. The synthesized HBP has been characterized and used as filler for epoxy resin with the aim obtain materials which exhibit improved toughness. Composites containing 6% and 12% wt/wt of HBP in diglycidylether of bisphenol A (DGEBA) were produced and characterized. Results obtained from DMA tests showed that HBP has good compatibility with the epoxy resin. Impact tests proved that composites containing 12% HBP showed an improvement of about 25% on impact strength with respect to neat DGEBA. Moreover, adhesive properties were evaluated in terms of the lap-shear strength value of composite joints bonded using the investigated blend. Results showed an improvement of shear strength value of DGEBA added with 12% HBP with respect to neat DGEBA. The water uptake behavior was also evaluated.     

超支化聚酯的非等温热分解动力学

利用热重(TG)分析技术研究了端羟基超支化聚酯(HBP)以及十八酸改性的超支化聚酯(MHBP)的热失重行为,运用Flynn-Wal-l Ozawa法和Coats-Redfern法对非等温热分解动力学数据进行了分析。结果表明,HBP的分解过程分为三个阶段,三个阶段的表观活化能分别为120.238 kJ/mol、149.775 kJ/mol、173.540 kJ/mol,指前因子分别为1.386×109min-1、1.341×109min-1、4.569×1012min-1;MHBP的分解过程仅有一个阶段,表观活化能和指前因子分别为204.275kJ/mol和2.417×1014min-1。超支化聚酯的热稳定性与其端基有关,十八酸改性的超支化聚酯由于长链烷烃具有结晶性,因而热稳定性优于端羟基超支化聚酯。     

PPENK增韧改性BMI树脂体系的制备与性能

采用溶液法制备了杂萘联苯聚芳醚腈酮(PPENK)/双马来酰亚胺树脂(BMI)共混体系。通过差示扫描量热法(DSC)对共混体系固化反应动力学进行了研究,固化活化能为85.8 kJ/m2。采用冲击和拉伸实验考察了PPENK含量对共混体系力学性能的影响,共混体系的冲击强度为1.83 kJ/m2～2.95 kJ/m2,拉伸强度为68 MPa～84 MPa,拉伸模量为1.14 GPa～1.53 GPa。通过对固化物断面的扫描电镜(SEM)分析了增韧机理,改性后的BMI树脂在断裂时发生了塑性变形。通过热重分析法(TGA)研究了体系的耐热性,共混体系在氮气气氛中5%热失重温度为420℃～426℃。