改性环氧树脂微观结构与力学性能的研究

摘要

本文采用双酚A类环氧树脂为基体树脂，用二氨基二苯基甲烷(DDM)或异佛尔酮二胺做(IPD)作为固化剂，研究了ABS接枝共聚物改性环氧树脂的固化反应动力学，不同丙烯腈含量的端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)增韧环氧树脂体系微观形态以及不同预处理方法所得的增韧剂(CTBN-1)改性环氧树脂的微观形态与力学性能的关系。
　　1.研究ABS树脂改性环氧树脂体系固化反应的表观活化能、固化工艺以及固化反应动力学方程等，并将其与纯环氧树脂固化体系进行对比。采用非等温DSC与等温DSC研究了ABS树脂的加入对环氧树脂固化动力学的影响。ABS树脂的加入降低了环氧树脂的固化反应活化能。在固化反应过程中，对初期化学控制阶段的固化反应机理并无太大影响，这与Kamal自催化模型有较好的一致性;在固化反应后期阶段，由于体系黏度逐渐增加，固化反应开始从化学控制阶段逐渐转为扩散控制阶段，致使与Karnal自催化模型出现偏差。同时ABS树脂的加入降低了固化反应的反应速率，且基体树脂的凝胶温度与固化温度均随着ABS树脂的加入有所降低。
　　2.研究了液体橡胶改性环氧树脂的微观形态的形成历程和以及对材料最终微观形态的影响因素，这为改善力学性能奠定了基础。由液体橡胶改性的环氧树脂体系，在固化过程中，随着固化反应程度的增加，均匀溶解在基体环氧树脂中的液体橡胶逐渐发生相分离形，所形成的橡胶粒子均匀分散在基体树脂中。当固化反应程度进一步增加时，由扩散运动，较小的已发生相分离的橡胶相会发生聚集最终形成海岛结构。随着初始固化温度的上升，橡胶分散相的粒径越来越小。当液体橡胶的丙烯腈含量增加时，分散相的粒径并无明显的下降，但力学性能有所不同。在改性环氧树脂最终固化产物的力学性能上，微观形态的影响是十分显著的。与纯树脂相比，改性环氧树脂的的拉伸应力-应变曲线上有明显的屈服，且大幅度提高了断裂伸长率。冲击值也有少量的增加。
　　3.考察不同预处理方式的橡胶对环氧树脂固化过程以及微观形态的影响，并分析了其微观形态与力学性能的关系。固化过程中，CTBN-1改性环氧树脂的初始固化反应速率和最大反应速率均低于CTBN改性的环氧树脂，这与端羧基和环氧基之间的预先化学反应有关。不同的初始固化的应速率会影响材料微观形态，不同的界面结合力会影响在形变时橡胶粒子的形变和基体树脂的剪切屈服，同时经预处理的橡胶在一定程度上也影响着固化反应的固化的应程度（交联密度）。故CTBN-1的冲击值和断裂伸长率高于CTBN改性的环氧树脂，而拉伸性能:如拉伸模量、屈服应力或断裂应力等一定程度上的下降。因此，在改性环氧树脂最终固化产物的力学性能上其界面结合力的影响是十分显著的。人们也可通过一些方法对界面结合力进行调节进而得到较优的力学性能。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 环氧树脂的发展简史与其国内外研究现状

1．3 环氧树脂的固化反应

1．3．1 与胺类的反学反应

1．3．2 与酸酐类的反学反应

1．3．3 与咪唑类的反学反应

1．4 固化过程

1．5 环氧树脂的增韧

1．6 环氧树脂力学性能的影响因素

1．6．1 环氧树脂基体的影响

1．6．2 橡胶相的影响

1．6．3 橡胶改性环氧树脂的微观形态

1．6．4 橡胶相与环氧树脂基体相的界面作用

1．7 本文的研究内容及意义

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 试样的制备

2．3 实验仪器

2．3．1 差示扫描量热仪(DSC)

2．3．2 红外光谱(FTIR)

2．3．3 动态力学分析仪(DMA)

2．3．4 机械性能

2．3．5 透射电子显微镜(TEM)

2．3．6 扫描电子显微镜(SEM)

第三章 ABS树脂改性环氧树脂固化反应动力学的研究

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 固化反应活化能的推测

3．2．2 体系固化温度的确定

3．2．3 纯环氧树脂与改性环氧树脂体系固化反应动力学方程的确定

3．3 本章小结

第四章 液体橡胶改性环氧树脂体系微观形态及其影响因素的研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 微观形态影响因素的分析

4．2．2 动态力学分析

4．2．3 力学性能分析

4．3 本章小结

第五章 液体橡胶改性环氧树脂力学性能的研究

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 液体橡胶的预处理

5．2．2 动态力学分析

5．2．3 力学性能的分析

5．2．4 橡胶粒子微观形态

5．2．5 断裂面的形态观察

5．3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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