腈基树脂改性环氧树脂复合材料的制备及性能研究

摘要

环氧树脂(EP)是热固性树脂中应用最广泛的基体材料之一。因其具有优异的粘接性、加工手段灵活、机械强度高和低廉等优点而被广泛应用。然而，环氧树脂经过固化后耐热性低、阻燃性与韧性差，以致它的应用有局限性。因此，对环氧树脂进行改性具有重要的意义。
　　首先，本文通过双酚A型双邻苯二甲腈单体(BAPh)改性环氧树脂E-44(EP)，提高了环氧树脂的热稳定性和热氧化稳定性、阻燃性和机械性能。主要通过熔融共混法制备了BAPh/EP预聚物，经高温固化及后处理制备了BAPh/EP固化物。采用差示扫描量热仪(DSC)和高速旋转流变仪(AR)表征了其熔融行为和固化行为，热重分析仪(TGA)研究了热性能，氧指数测试仪和垂直燃烧综合仪分析了阻燃性能。对BAPh/EP五种共混比例(10:90,20:80,30:70,40:60,50:50)共聚树脂的研究表明，50:50固化物在氮气和空气下的初始分解温度(Ti)比纯 EP分别提高了29.2oC和74.3oC。50:50固化物的极限氧指数(LOI)达到34.5％，比纯环氧树脂的提高了5%。此外，加入BAPh后BAPh/EP固化物的垂直燃烧等级也从无级别进入不燃级别。
　　其次，根据BAPh/EP的反应性结果，以BAPh/EP为基体树脂，玻璃纤维作为增强材料，通过热压成型工艺制备了玻纤复合材料。对 BAPh/EP五种共混比例(10:90,20:80,30:70,40:60,50:50)玻纤复合材料进行研究，探讨了以BAPh/EP共混材料为高性能树脂基复合材料的工艺和BAPh/EP/玻纤复合材料的性能。当比例达到50:50时，体系的耐热性能和力学性能均达到最优。氮气与空气下，50:50复合材料的Ti较纯EP/玻纤复合材料分别提高了5.7oC和8oC。弯曲强度和拉伸强度分别最高达到652.2MPa和332.5MPa，较纯 EP/玻纤复合材料提高了96.3MPa和23.1MPa。经过沸水的浸泡50:50复合材料的质量变化起伏较小，且在乙醇和甲苯中浸泡后质量变化率最小。
　　最后，将聚芳醚腈(PEN)添加到50:50的 BAPh/EP共混体系中并对BAPh/EP/PEN共聚树脂的性能进行研究。对PEN质量分数分别为5wt%，10wt%和15wt%的BAPh/EP/PEN预聚物的研究表明，PEN可以提高BAPh/EP共聚物的反应速率。对于BAPh/EP/PEN固化物来说，PEN的加入起到了增韧增强的作用。BAPh/EP/PEN玻纤复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂弯曲应变均呈现先增大后减小的趋势。10wt% PEN的玻纤复合材料经过沸水的浸泡后质量变化的起伏较小。BAPh/EP/PEN/玻纤复合材料在乙醇和甲苯中浸泡后质量变化率变化均在1.5%之内，具有较好的耐溶剂性。
　　本文的研究表明，经过添加BAPh后，EP的耐热性和阻燃性能明显得到了改善。BAPh/EP/玻纤复合材料具有良好的力学性能、耐湿热和腐蚀性能。此外，PEN的加入有效的提高了BAPh/EP共混体系的固化反应速率和韧性，同时又不牺牲双邻苯二甲腈树脂本身优异的热稳定性及热氧化稳定性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 环氧树脂

1.3 双邻苯二甲腈树脂

1.4 双邻苯二甲腈/环氧树脂共混体系的研究

1.5 聚芳醚腈

1.6 本课题提出的背景、目的及主要内容

第二章 双邻苯二甲腈/环氧树脂浇注体的制备与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 双邻苯二甲腈/环氧树脂玻璃纤维增强复合材料的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 双邻苯二甲腈/环氧树脂/聚芳醚腈浇注体及其玻璃纤维增强复合材料的制备与性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

在学期间的研究成果