端羟基超支化聚合物改性环氧树脂性能的研究

摘要

本文用准一步法合成了超支化聚氨酯，并将其应用于改性环氧树脂的研究，研究了超支化聚氨酯对环氧树脂性能的影响。另外采用超支化聚酰胺酯作为添加剂来制备超支化聚酰胺酯/环氧树脂复合材料。利用冲击实验、拉伸弯曲实验、差热分析、热重分析等方法研究了复合材料的热力学性能，利用红外光谱和扫描电镜研究了固化增韧机理。比较两种超支化聚合物的特点，分析其对环氧树脂体系性能的影响。主要内容如下：
　　 (1)以异佛尔酮二异氰酸酯和二乙醇胺作为原料，N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，一步法合成了超支化聚氨酯。利用红外、核磁共振等手段表征了其结构；利用差热分析、X衍射、热重分析等测试探讨了其性能特点。将该超支化聚氨酯端基接枝上聚乙二醇，进行端基改性，发现改性后的超支化聚氨酯玻璃化转变温度下降，溶解性能变好。
　　 (2)选用甲基四氢苯酐为固化剂，咪唑为促进剂。将超支化聚氨酯应用于环氧树脂体系，研究固化物的性能。通过不同的实验配比方案确定了较优的固化剂和促进剂的用量，以及固化时间和温度。实验发现用超支化聚氨酯改性后的环氧树脂冲击性能和拉伸性能大大下降，破坏了其力学性能，耐热性能也随之下降。而用聚乙二醇封端后的超支化聚氨酯制备的环氧树脂复合材料，冲击性能较超支化聚氨酯改性有所提高，但是和纯环氧树脂相比，仍旧是下降的。通过光学显微镜分析，表明超支化聚氨酯和环氧树脂两者不相容。由于超支化聚氨酯与环氧树脂体系主体结构的差异，所以不能用于改善环氧树脂的韧性。
　　 (3)选用同样具有很多羟基端基的超支化聚酰胺酯，用粉末法制备了超支化聚酰胺酯／环氧树脂复合材料。体系呈现均一状态，表明两者相容性好。超支化聚酰胺酯的加入改善了环氧树脂的耐水性能。当超支化聚酰胺酯的质量分数含量为10％时，复合材料的力学性能最佳：环氧树脂的冲击强度从12.27kJ/m2提高到29.78kJ/m2，并且其拉伸和弯曲强度都有一定程度的提高。弯曲测试和冲击断面都表现出明显的应力发白现象。而玻璃化温度有所下降，储能模量在玻璃态上都有明显的提高。差热分析和热失重测试表明耐热性能变化不大。另外，用溶剂法制备复合材料，与粉末法进行了对比。实验中发现，在低添加量下，固化体系的冲击性能有所提高。但是随着超支化聚酰胺酯含量的增多，用于溶解超支化聚合物的丙酮的量也增多，冲击性能下降，而拉伸和弯曲性能变得不稳定。
　　 (4)利用红外光谱、扫描电镜对超支化聚酰胺酯固化增韧机理进行了探讨研究。红外结果表明超支化聚酰胺酯和固化剂发生化学反应，促进了固化反应，提高了交联密度。增韧后的环氧树脂冲击断面呈现蜂窝形态，有大量撕裂物，应力条纹趋于分散。超支化聚酰胺酯的大量“空穴”结构和特殊的苯环结构，固化体系的交联密度这三者的相互作用使得环氧树脂固化物的性能存在着最佳值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 绪论

1.2 超支化聚合物研究进展

1.2.1 超支化聚合物的合成

1.2.2 超支化聚合物的结构与性能特点

1.2.3 超支化聚合物的应用

1.3 环氧树脂

1.3.1 环氧树脂的性能特点

1.3.2 环氧树脂的增韧改性

1.4 超支化聚合物增韧环氧树脂的研究进展

1.5 本论文研究的目的、意义和内容

第二章 超支化聚氨酯的合成与改性

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 分析测试

2.2.3 超支化聚氨酯的合成和封端改性

2.3 超支化聚氨酯的表征

2.3.1 滴定法测定

2.3.2 红外谱图分析

2.3.3 核磁谱图分析

2.3.4 X衍射分析

2.3.5 差热分析

2.3.6 热重分析

2.4 超支化聚氨酯的封端改性研究

2.4.1 红外光谱分析

2.4.2 差热分析

2.4.3 扫描电镜分析

2.4.4 溶解性能

2.5 本章小结

第三章 超支化聚氨酯改性环氧树脂的工艺研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 复合材料浇注体的制备

3.2.3 性能测试

3.3 较优工艺条件的确定

3.3.1 固化时间和温度的选择

3.3.2 酸酐添加量的选择

3.4 超支化聚氨酯含量对环氧树脂性能的影响

3.4.1 力学性能

3.4.2 热重分析

3.4.3 共混体系分散性分析

3.5 本章小结

第四章 超支化聚酰胺酯增韧环氧树脂性能的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 复合材料浇注体的制备

4.2.3 性能测试

4.3 超支化聚酰胺酯的结构和性能表征

4.3.1 红外光谱

4.3.2 紫外测试

4.3.3 差热分析

4.3.4 热重分析

4.3.5 溶解性能

4.4 粉末法制备的超支化聚酰胺酯／环氧树脂复合材料的性能

4.4.1 耐水性

4.4.2 力学性能分析

4.4.3 热性能分析

4.5 溶剂法制备的超支化聚酰胺酯/环氧树脂复合材料的力学性能

4.6 增韧机理的研究

4.6.1 红外光谱分析

4.6.2 浇注体冲击断面形貌分析

4.6.3 超支化聚酰胺酯增韧环氧树脂机理的讨论

4.7 本章小结

第五章 总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢