液态丁腈橡胶/环氧树脂复合体系的研究

摘要

本论文通过物理共混的方法利用液态丁腈橡胶(LNBR)作为增韧剂对环氧树脂增韧改性，制备LNBR/EP复合材料。探究了不同固化剂种类、LNBR添加量对LNBR/EP复合材料的力学性能和热稳定性的影响;同时，利用等温DSC法对固化剂和促进剂的用量进行最优化确定，非等温DSC法分析复合材料固化体系的固化动力学，推导动力学方程以及确定最佳固化工艺参数，并利用傅里叶红外光谱研究固化机理。在LNBR对环氧树脂增韧改性前提下，利用无机刚性纳米粒子nSiO2作为增韧剂对环氧树脂进行双组份增韧改性，制备LNBR/nSiO2/EP复合材料。探究nSiO2用量对复合材料的力学性能和热稳定性影响以及双组份增韧的增韧机理。利用经过强酸和硅烷偶联剂表面改性的碳纤维(CF)对LNBR/EP复合体系进行填充增强改性，制备LNBR/EP-CF复合材料。
　　通过对LNBR/EP复合材料的实验确定甲基四氢邻苯二酸酐(MeTHPA)为最优固化剂选择，当20phrLNBR增韧改性环氧树脂具有最佳的力学性能，冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率达到23.6KJ/m2、60.3MPa和26.32％;但随着LNBR含量增加，LNBWEP复合材料Tg温度由122.2℃降低到84.4℃;复合材料热稳定性降低，韧性增加。
　　利用等温DSC法对MeTHPA/DMP-30/EP固化体系的研究，固化剂MeTHPA和促进剂DMP-30的最佳用量分别为70％和1％;利用非等温DSC法实验结论表明，当固化剂MeTHPA和促进剂DMP-30用量为70％和1％时，固化体系固化反应活化能为68.102KJ/mol，反应级数n为0.94,频率因子A为1.314×108,推导出固化动力学方程;同时，由非等温DSC温度参数外推曲线拟合得到固化体系的最优固化工艺条件为:130℃/4h。
　　利用LNBR和经过KH-560表面改性处理的无机刚性纳米粒子nSiO2对环氧树脂进行双组份增韧，制备LNBR/nSiO2/EP复合材料。在LNBR含量稳定在20phr时，当nSiO2含量为2.0phr复合材料的拉伸强度达到最佳为68.4MPa，当nSiO2含量为3.0phr复合材料冲击强度和断裂伸长率达到最佳为28.1KJ/m2和28.27％。随着LNBR/nSiO2/EP复合材料nSiO2含量从0phr增加到5.0phr时，体系的Tg温度由92.9℃增加到109.2℃，同时相同温度残炭量和最大分解速率温度升高。LNBR/nSiO2/EP复合材料热稳定性升高，韧性增加。
　　以强酸和KH-560表面改性的碳纤维(CF)制备增强型LNBR/EP-CF复合材料。当CF含量为1.0phr时，复合材料冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率达到23.6KJ/m2、65.1MPa和25.64％; Tg温度由92.9℃增加到95.3℃，最大热分解速率温度由400.75℃升高到406.02℃;LNBR/EP-CF复合材料热稳定升高，强度增加。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂

1．2．1 环氧树脂概述

1．2．2 环氧树脂固化剂概述

1．3 环氧树脂增韧

1．3．1 橡胶弹性体增韧

1．3．2 热塑性树脂增韧

1．3．3 无机刚性纳米粒子的增韧

1．4 环氧树脂增韧改性研究进展

1．4．1 橡胶弹性体增韧改性研究进展

1．4．2 无机刚性粒子增韧改性研究进展

1．5 本论文的研究目的、意义、内容和创新点

1．5．1 本论文研究目的及意义

1．5．2 本论文的研究内容

1．5．3 本论文的创新点

第二章 液态丁腈橡胶增韧改性环氧树脂研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．3 性能测试与表征

2．3．1 力学性能测试分析

2．3．2 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

2．3．3 玻璃化转变温度(Tg)测试

2．3．4 热性能分析

2．3．5 扫描电子显微镜(SEM)

2．4 结果与讨论

2．4．1 固化剂的选择

2．4．2 LNBR用量对增韧环氧树脂基复合材料力学强度的影响

2．4．3 LNBR增韧改性环氧树脂复合材料红外光谱分析

2．4．4 LNBR增韧改性环氧树脂复合材料的热性能分析

2．4．5 LNBR增韧改性环氧树脂复合材料的断面形貌分析

2．5 结论

第三章 MeTHPA／DMP-30／环氧树脂体系的固化研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料与仪器

3．2．2 实验方法

3．3 测试与表征

3．4 结果与讨论

3．4．1 DMP-30用量对复合体系固化反应的影响

3．4．2 DMP-30用量对体系固化产物力学性能的影响

3．4．3 MeTHPA用量对复合体系固化反应的影响

3．4．4 MeTHPA用量对体系固化产物力学性能的影响

3．4．5 MeTHPA／DMP-30／环氧树脂固化体系非等温DSC分析

3．4．6 MeTHPA／DMP-30／环氧树脂固化体系固化条件确定

3．4．7 MeTHPA／DMP-30／环氧树脂固化体系红外光谱分析

3．5 本章小结

第四章 LNBR／n-SiO2双组份增韧改性环氧树脂研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料与仪器

4．2．2 实验方法

4．3 性能测试与表征

4．4 结果与讨论

4．4．1 红外光谱分析

4．4．2 LNBR／nSiO2／EP复合材料的力学性能

4．4．3 LNBR／nSiO2／EP复合材料的热性能分析

4．4．4 LNBR／nSiO2／EP复合材料的断面形貌分析

4．5 本章小结

第五章 碳纤维增强环氧树脂复合体系制备与研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料与仪器

5．2．2 实验方法

5．3 性能测试与表征

5．4 结果与讨论

5．4．1 CF表面化学改性红外光谱分析

5．4．2 碳纤维表面化学改性SEM分析

5．4．3 环氧树脂复合材料的力学性能

5．4．4 环氧树脂复合材料的热性能分析

5．4．5 环氧树脂复合材料的断面形貌分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢