高耐热性酚醛环氧树脂的制备及其复合材料的性能研究

摘要

随着航空、航天等工业的迅速发展，对复合材料的耐热性能的要求越来越高，传统环氧树脂固化物的耐热性已不能达到所需的技术要求。因此，开发具有高耐热性的环氧基复合材料，有十分重要的研究意义。
　　第一，本论文利用双酚A和甲醛溶液为原料，通过缩合反应先得到双酚A型酚醛树脂(Bis-ANR)，所合成树脂经红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱证实了其结构;然后利用合成的酚醛树脂和环氧氯丙烷(ECH)，进一步合成得到双酚A型酚醛环氧树脂(Bis-ANER)，合成树脂经红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶渗透色谱等证实了其结构。
　　通过对Bis-ANR和Bis-ANER树脂合成条件的探究，包括酚醛比、催化剂种类、醚化反应温度、醚化反应时间、闭环反应温度、闭环反应时间，及ECH比例，确定了Bis-ANER树脂的较佳合成工艺，所得树脂的环氧值达0.51，平均黏度为117Pa·s。
　　第二，本论文利用双酚A、甲醛溶液和硼酸为原料，合成硼酸改性双酚A型酚醛树脂(Bis-ABNR)，所合成树脂经红外光谱、核磁共振谱、凝胶渗透色谱证实了其结构。以Bis-ABNR为固化剂固化Bis-ANER，采用非等温DSC法研究了该体系的固化动力学。利用特征温度确定了体系较佳的固化工艺;利用Kissinger法及Ozawa法对固化反应活化能Ea、并对反应级数n、指前因子A、速率方程进行了计算。按照已确定的固化工艺进行固化，利用差热分析和热重分析测定了固化物的耐热性。研究结果表明，固化产物具有高的玻璃化转变温度(Tg)，可达165℃，初始热分解温度(Td)为309.85℃，表现出良好的热稳定性和较高的残炭率。
　　第三，本论文利用二甲基亚砜(DMSO)对高岭土(KL)进行插层改性，利用红外光谱法、X射线衍射分析等手段进行表征，表明DMSO已成功进入KL。以Bis-ANER为基体树脂，Bis-ABNR为固化剂，熔融复合法制备出Bis-ANER/Bis-ABNR/KL-DMSO复合材料，利用差热分析和热重分析测定了复合材料的耐热性。研究结果表明，当高岭土的添加量为5％时，复合材料的Tg为168.7℃，Td可达339.8℃，说明添加一定量的高岭土，可以提高复合材料的耐热性。

目录

声明

摘要

主要符号表

1．1 酚醛环氧树脂的概述

1．2 EPN改性方法

1．2．1 结构改性EPN

1．2．2 有机物改性EPN

1．2．3 无机物改性EPN

1．2．4 使用耐热型固化剂

1．3 课题研究的意义

1．4 课题研究的内容

2．1 合成机理

2．1．1 双酚A型酚醛树脂的合成机理

2．1．2 硼酸改性双酚A型酚醛树脂的合成机理

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．2．3 双酚A型酚醛树脂的合成方法

2．2．4 硼酸改性双酚A型酚醛树脂的合成方法

2．3 分析与测试

2．3．1 分子量测定

2．3．2 红外光谱(IR)测定

2．3．3 核磁谱图(1HNMR和13CNMR)测定

2．4 结果与讨论

2．4．1 双酚A型酚醛树脂的结构分析

2．4．2 双酚A型酚醛树脂合成工艺的优化

2．4．3 硼酸改性双酚A型酚醛树脂的结构分析

2．5 本章总结

3．1 合成机理

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．3 分析与测试

3．3．1 环氧值测定

3．3．2 分子量测定

3．3．3 红外光谱(IR)测定

3．3．4 核磁氢谱(1HNMR)测定

3．3．5 黏度的测定

3．4 结果与讨论

3．4．1 红外光谱(IR)图

3．4．2 核磁氢谱(1HNMR)图

3．4．3 分子量及其分布

3．4．4 ECH比例对产物的影响

3．4．5 实验条件对合成树脂的影响

3．5 本章小结

4 Bis-ANER／Bis-ABNR的固化及固化动力学

4．1 酚醛环氧树脂的固化动力学研究

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验方法

4．3 分析与测试

4．3．1 差示扫描量热法

4．3．2 固化物玻璃化转变温度测定

4．3．3 固化物热稳定性能测定

4．4 结果与讨论

4．4．1 非等温DSC法测定固化反应

4．4．2 Kissinger法

4．4．3 Ozawa法

4．4．4 动力学相关参数

4．4．5 固化反应机理

4．4．6 固化物玻璃化转变温度分析

4．4．7 固化物热稳定性分析

4．5 本章小结

5 Bis-ANER／Bis-ABNR／KL-DMSO复合材料的制备及热性能研究

5．1 高岭土的插层作用

5．2 实验部分

5．2．1 实验药品

5．2．2 实验仪器

5．2．4 熔融复合法制备Bis-ANER／Bis-ABNR／KL-DMSO复合材料

5．3 分析与测试

5．3．1 红外(IR)分析

5．3．2 X射线衍射(XRD)分析

5．3．3 扫描电子显微镜(SEM)分析

5．3．4 热重(TG)分析

5．3．5 差示量热扫描(DSC)分析

5．4 结果与讨论

5．4．1 插层高岭土的结构表征

5．4．2 固化物热稳定性分析

5．4．3 固化物玻璃化转变温度分析

5．5 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的研究成果

致谢