基于非等温法的耐高温环氧树脂体系固化反应动力学研究

采用不同升温速率下的非等温DSC研究一种TR1219B耐高温环氧树脂体系的固化反应,分别通过n级反应模型和Malek最大概然机理函数法确定固化反应机理函数,求解固化反应动力学参数,得到固化反应动力学模型。结果表明:通过Kissinger和Crane方法求解动力学参数所得到的n级反应模型与实验值差别较大;采用Malek方法判别机理表明,该固化反应按照自催化反应机理进行,实验得到的DSC曲线与模型计算所得到的曲线吻合良好,所确立的模型在5~20K/min的升温速率下能较好地描述该环氧体系的固化反应过程。     

非等温DSC法研究复合材料用环氧树脂的固化反应

采用非等温DSC研究了一种复合材料用环氧树脂体系的固化反应。采用n级反应模型和Malek等转化率法确定了固化反应动力学方程,通过外推法优化其固化工艺,测试优化后工艺下制备的树脂浇铸体的固化度和力学性能。结果表明,n级反应模型与实验值差别较大;采用Malek等转化率法判断固化反应按自催化反应机理进行,在2.5～15℃/min升温速率下,自催化模型计算曲线与实验曲线吻合较好;优化确定其固化工艺为70℃/2h+110℃/2h,在该工艺下制备的浇铸体固化度达98.51%,拉伸强度和弯曲强度分别为75.11MPa和128.10MPa。     

酚醛型氰酸酯树脂的固化反应动力学

采用非等温差示扫描量热(DSC)方法对酚醛型氰酸酯树脂的固化反应动力学进行了研究。分别通过Ozawa-Flynn-Wall法和Kissiger-Akahira-Sunose法求取了活化能,通过Malek法确定了固化反应机理函数,求解了固化反应动力学参数,得到了固化反应动力学方程为dα/dt=865597exp(-78725/RT)α0.001(1-α)2.289。结果表明,采用Malek法判别固化反应机理符合两参数自催化模型,实验得到的DSC曲线与模型计算所得到的曲线吻合得较好,所确定的模型在3K/min～15K/min的升温速率下能较好地描述酚醛型氰酸酯树脂的固化反应过程,为工艺参数的选择和工艺窗口的优化提供了理论依据。     

潜伏性环氧树脂/胺基酰亚胺体系的固化动力学

分别采用Kamal模型和Kissinger模型研究了E-51/胺基酰亚胺潜伏性固化体系的等温和非等温固化动力学,讨论了该体系的固化反应机理。结果表明,由这两种动力学模型得到的固化动力学参数基本相近,E-51/胺基酰亚胺体系固化反应起始阶段的活化能较高,约为124 kJ/mol～131 kJ/mol。该体系的固化反应包含n级反应和自催化反应。胺基酰亚胺热分解反应是E-51/胺基酰亚胺体系固化反应的控制步骤。     

沥青-环氧树脂复合材料体系的固化反应动力学研究

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究沥青-环氧树脂复合材料(EA)的固化反应动力学。分别采用n级反应模型和自催化反应模型对其固化反应动力学参数进行求解,并得到固化反应动力学方程,通过T~β外推法确定EA的固化工艺和最佳固化温度。分析结果表明,自催化反应模型在5~25℃/min升温范围内更适合描述EA体系的反应动力学;该体系的最佳固化条件应为:在130℃固化2h,在160℃固化3h。     

E 51环氧树脂固化反应中动力学转变

采用等温DSC法研究了E-51环氧树脂与4, 4’-二氨基二苯基砜(DDS)体系的固化反应过程, 并与已有固化模型拟合得到了170、180、190、200 ℃下的等温固化反应动力学的参数, 根据决定系数R2确定了适合的固化模型。研究表明: 当固化度小于40%时属于Kamal自催化模型; 当固化度大于40%时属于n级固化模型, 即固化反应由Kamal自催化反应向n级反应转变。      

等温DSC法研究RFI用环氧树脂固化动力学

为了预测固化反应的进程,采用STA 449C型差示扫描量热仪,用等温DSC法研究了室温下成膜、中温固化的RFI工艺用(E-44/E-21(6/4,质量比))/GA-327＝100/40(质量比)环氧树脂体系在80、90、100、110、120℃下的固化过程,通过Matlab数据拟合良好性统计法得到了n级固化模型、自催化模型及复合模型方程中的各个参数值。根据R2和离差平方和SSE确定了适合的动力学模型。研究表明:该树脂体系的固化反应具有自催化和扩散控制的特征,低温下受扩散控制的影响更大;该体系的固化反应动力学符合自催化反应动力学模型,其表观活化能E_a为56.7kJ/mol,指前因子A为1.18×107 s-1,固化反应的反应级数m、n分别为0.529和1.561。      

阴离子型萜烯基环氧树脂多元醇的交联反应动力学

采用冷冻干燥和差示扫描量热法研究了以阴离子型萜烯基环氧树脂多元醇(T-PABA)水分散体与聚异氰酸酯组成的双组分水性聚氨酯体系的本体交联反应动力学。以Málek最大概然模型分析了实验数据,得到了交联反应动力学参数,建立了交联反应动力学方程。结果表明,以Málek最大概然法得到的双因子自催化模型(S-B模型)能较好地描述T-PABA交联体系的反应过程,在实验所考察的5K/min~20 K/min升温速率范围内,其计算拟合动力学曲线与实验曲线吻合度较好。     

酚醛树脂/木粉复合体系的固化动力学

采用非等温DSC技术研究了不同升温速率下热固性酚醛树脂/木粉复合体系的固化行为。用Kissinger法进行DSC数据处理,获得了其固化反应动力学参数,并建立了酚醛树脂/木粉复合体系的固化动力学模型。结果表明:木粉的加入加速了酚醛树脂固化反应,同时也降低了酚醛树脂固化反应活化能。酚醛树脂/木粉复合体系固化动力学模型为合理研究该体系固化工艺参数提供了依据。     

840S环氧树脂体系固化反应特性

用差示扫描量热法(DSC) 在动态条件下对840S 环氧树脂体系的固化反应动力学进行了研究。根据所测量的不同升温速率的DSC 曲线, 运用温度升温速率( T-β) 图外推法得到该环氧树脂体系的固化工艺参数, 即凝胶化温度、固化温度、后处理温度, 这些温度参数为制定合理的固化工艺提供了理论基础。采用Kissinger 方程和Crane 方程计算该840S 环氧树脂体系的动力学参数, 即表观活化能E_a 、表观频率因子A 和反应级数n 。根据所计算的动力学参数, 建立了该840S 环氧树脂体系的固化动力学模型。利用所建立的固化动力学模型分别预测了等温和动态条件下840S 环氧树脂体系的固化反应特性。      

等温DSC法研究聚醚胺与环氧树脂固化反应动力学

为了给环氧树脂(DGEBA)/聚醚胺(T403)的实际固化工艺提供指导,在等温条件下采用差示扫描量热法(DSC)对该体系固化过程进行了研究。运用Kenny图像分析法得到了动力学参数,建立了kamal动力学模型;在考虑扩散影响的基础上,多次运用非线性拟合法得到了扩散系数(C)和临界固化度(αc),进一步建立了带扩散控制的动力学模型。结果表明,总反应级数为2.04～2.40,且随固化温度升高而下降。固化反应的两个速率常数都随温度升高而增大,对应的表观活化能分别为42.99和54.23kJ/mol。研究发现不带扩散控制的动力学模型可以较好地描述固化过程的前期阶段,而带扩散控制的动力学模型则可以更好地描述固化全过程。随着固化温度升高,αc增大,扩散影响减小,而带扩散控制的动力学模型与实验结果符合得越好。固化过程属三分子反应,具有明显的自催化特征。     

双酚AP基苯并噁嗪树脂等温固化动力学研究

以4,4'-(1-苯乙基)双酚(双酚AP)、正辛胺和甲醛为原料,采用溶剂法合成了一种新型双酚AP基苯并噁嗪单体,利用FT-IR和1H NMR对产物结构进行了表征,采用差式扫描量热仪(DSC)研究了苯并噁嗪单体的等温固化反应动力学.结果表明,该树脂体系的固化反应在反应前期为化学动力学控制,后期变为扩散控制占主导地位的反应,苯并噁嗪的固化过程为自催化和扩散控制.在反应后期实验数据和理论数据出现了偏差,通过将扩散因子引入到自催化模型中,改进后的自催化模型与实验数据相符.     

低压SMC体系的固化动力学及凝胶化理论

运用等温DSC对结晶聚合物(PEG6000-MAH)增稠低压SMC体系进行扫描测试,确定了适用于该体系的自催化经验动力学模型的相关参数和动力学方程。用确定的固化度验证该模型,实验情况与理论结果吻合较好。依据凝胶化时体系黏度变化的特性,通过黏度的测定获得了体系在不同温度的凝胶时间,建立了凝胶化理论模型。固化动力学模型和凝胶化理论模型的建立为低压SMC压制工艺制度的确立提供了理论指导和依据。     

超薄金属内衬CFRP压力容器树脂体系固化动力学

应用动态差示扫描量热(DSC)方法对炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)压力容器树脂体系固化反应进行分析。树脂体系的活化能通过等转化率法获得, 假设反应机制服从自催化方程, 应用本文中提出的区间法建立了树脂体系固化动力学模型。通过固化过程中温度场实验可知, 针对具有超薄金属内衬复合材料压力容器树脂体系, 应用区间法建立的固化动力学模型的计算结果与实验结果吻合较好, 可以为具有超薄金属内衬的CFRP压力容器温度场、 残余应力场的数值模拟提供必要子模型。      

GF/VE复合材料的等温固化动力学模型

采用DSC差示扫描量热分析仪研究了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程及升温后固化过程,建立了新的自催化模型来模拟其等温固化过程。结果表明,新建的模型很好地模拟了玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料等温固化过程,尤其适合于复合材料的高温固化过程模拟。     

典型双马来酰亚胺树脂固化动力学模型的研究

对由二苯甲烷双马来酰亚胺与二烯丙基双酚A体系制得的典型双马来酰亚胺树脂体系的固化动力学模型进行研究,目前国内绝大多数双马来酰亚胺树脂体系都是在此基础上改性得到的。并采用DSC方法研究典型双马来酰亚胺树脂的固化过程,用恒温和动态两种方法分析其固化反应。根据自催化与n级反应方程,采用least-squares方法和Kissinger方法进行数据处理,建立该树脂体系的固化动力学模型并确定其固化动力学参数,此模型与实验结果具有良好的吻合性。同时该模型揭示了典型双马来酰亚胺树脂体系的固化反应是按不同机理分段进行的,在反应过程中由自催化模型转变为n级反应模型。此模型为合理的研究双马来酰亚胺树脂体系的工艺参数,保证产品质量以及工艺优化提供了必要的前提条件。      

GFRP厚板制件固化过程固化度分布

采用真空导入模塑工艺(VIMP) 制备了85 mm 厚玻璃纤维增强环氧树脂层合板, 单面刚性模具加热固化, 沿铺层厚度方向设置热电偶, 进行了实时固化温度监测, 发现固化时厚度方向存在明显的温度差异。通过DSC方法得到等温环氧树脂固化度-时间实验数据, 建立了基于自催化反应模型的等温固化反应动力学方程, 模型计算值和实验值符合良好; 提出了时间离散分步计算法, 对非等温固化条件下, 厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明: 固化过程中厚度方向固化度存在差异, 短时间的后固化可以消除此差异。该方法可以模拟出由温度差异导致的固化度的不均匀分布, 用于指导优化固化工艺。