改性聚醚醚酮增韧环氧树脂的研究

摘要

环氧树脂(Epoxy resin，简称EP)由于在强度、模量、热稳定性及耐湿热、耐化学性方面的突出优点而成为应用广泛的基体树脂。但因其固化后交联密度高、质脆等缺点，在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用。因此，对EP增韧研究具有非常重要的理论价值和现实意义。本文在综述了目前国内外环氧树脂增韧方法与机理的基础上，提出了将聚醚醚酮(PEEK)进行化学改性后用于增韧环氧树脂的新思路。主要的研究内容和结论如下： 1、以PEEK为原料、浓硫酸为磺化剂，制备了不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)。研究结果表明，SPEEK的热稳定性好，在400℃以下SPEEK热失重小于3 wt％；SPEEK的磺化度随着反应时间和反应温度的增加而提高；与PEEK 相比，SPEEK的结晶性下降。SPEEK经过氯甲基化和胺化改性，得到苯环上具有-.SO<,3>H和-CH<,2>N(CH<,3>)<,2>基团的改性PEEK。 根据实验数据计算，得到了PEEK磺化反应动力学参数，即表观活化能Ea=35.48 kJ/mol，反应速率常数k=2266.5×exp(4267.5/T)。 2、利用非等温差示扫描量热法(DSC)分析，确定了改性PEEK/EP树脂体系的固化工艺制度：80℃/2h+125℃/2h+180℃/3h，得到了改性PEEK/EP体系的固化反应表观活化能△E=63.82 kJ/mol，反应级数n=0.964，固化反应的动力学方程为：dα/dt=1.792x10<'7>exp(-7676.2/T)(1-α)<'0.964>。对改性PEEK/EP体系的固化反应机理进行了初步分析。 3、对改性PEEK/EP体系力学性能进行了研究。常温下稳定性好，黏度变化小，凝胶时间较长，在高温下对温度敏感，具有良好的高温反应活性，可以满足施工工艺性要求。改性PEEK在增韧环氧树脂的同时，使固化体系拉伸强度、弯曲强度、弹性模量、断裂伸长率均有不同程度的提高。在实验条件下得到该改性树脂最大拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性、断裂伸长率为71MPa、142.3 Mpa、23.1kJm<'-2>和4.13％，分别比纯环氧固化物提高了24.6％、53％、151％和56％。当树脂体系中改性PEEK含量为8 wt％H寸，断裂韧性K<,IC>达到最大值2.169 Mpa.m<'1/2>，比纯环氧树脂试样提高了1.1倍。 4、DMA测试表明，改性PEEK的加入较好地改善树脂体系的热性能。改性树脂的玻璃化温度Tg、起始分解温度T<,onset>随着改性PEEK含量的增加而升高，储能模量E′在Tg以下随着改性.PEEK的含量的增加而增大。其长期使用温度为186.7℃。 5、根据DMA、SEM、FT-IR测试结果，初步提出了PEEK和改性PEEK增韧环氧树脂的增韧机理。以分散相颗粒的桥联和钉锚作用为主导，基体屈服共同作用的增韧机理。由于改性PEEK极性基团进入固化交联网络而成为网络结点，起到了较好的应力分散和承受应力的作用，增韧效果更好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2环氧树脂增韧研究进展

1.2.1橡胶弹性体增韧环氧树脂

1.2.2互穿聚合物网络增韧环氧树脂

1.2.3热致液晶聚合物增韧环氧树脂

1.2.4纳米粒子增韧环氧树脂

1.2.5核壳结构聚合物增韧环氧树脂

1.2.6热塑性树脂增韧环氧树脂

1.3本论文的立题背景和研究内容

1.3.1课题的提出背景

1.3.2 PEEK改性研究进展

1.3.3研究内容

第2章聚醚醚酮的改性与表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1主要原材料与测试设备

2.2.2聚醚醚酮的磺化剂的选择与磺化原理

2.2.3磺化聚醚醚酮(SPEEK)的制备与表征

2.2.4磺化聚醚醚酮的改性与表征

2.3结果与讨论

2.3.1磺化产物的IR分析

2.3.2磺化度(DS)的测定

2.3.3 SPEEK的溶解性

2.3.4磺化反应条件对磺化结果的影响

2.3.5 PEEK磺化反应动力学研究

2.3.6磺化度对产物结构的影响

2.3.7 SPEEK的DSC分析

2.3.8 SPEEK的TGA分析

2.3.9 SPEEK的改性产物的FT-IR表征

2.4本章小结

第3章改性PEEK/EP体系的固化反应动力学研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1固化剂的选择

3.3.2固化剂用量的确定

3.3.3改性环氧树脂体系固化参数的确定

3.3.4改性环氧树脂固化动力学研究

3.3.5固化反应机理研究

3.4本章小结

第4章改性聚醚醚酮对环氧树脂力学性能的影响

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原材料及测试设备

4.2.2改性树脂体系的固化表征

4.2.3试样制备与性能测试

4.2.4性能测试与表征

4.3结果与讨论

4.3.1改性树脂红外光谱分析

4.3.2改性树脂的黏性与稳定性

4.3.3改性树脂的凝胶特性

4.3.4改性聚醚醚酮用量对环氧树脂拉伸性能的影响

4.3.5改性聚醚醚酮用量对环氧树脂弯曲性能的影响

4.3.6改性聚醚醚酮用量对环氧树脂冲击性能的影响

4.3.7固化条件对树脂体系性能的影响

4.3.8改性PEEK/EP固化体系的断裂韧性分析

4.4本章小结

第5章改性PEEK/EP体系的热性能研究

5.1动态力学热分析(DMA)测试原理

5.2热重分析(TG)原理

5.3实验部分

5.3.1实验原料与仪器

5.3.2 DMA试样的制备与测试

5.3.3 TG试样的制备与测试

5.4测试结果分析

5.4.1改性PEEK含量对树脂体系DMA参数的影响

5.4.2改性PEEK含量对固化体系Tg的影响

5.4.3改性树脂体系的热稳定性分析

5.5本章小结

第6章改性聚醚醚酮增韧环氧树脂增韧机理的研究

6.1试样的制备与测试

6.2增韧机理分析

6.2.1改性剂与环氧树脂的相容性研究

6.2.2改性树脂体系的增韧机理探讨

6.3本章小结

第7章结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢