二氧化双环戊二烯纳米复合材料的制备与性能

论文摘要

二氧化双环戊二烯是一种重要的脂环族环氧化物,具有优异的高温电性能、耐电弧和耐漏电痕迹性能,而且耐紫外线、耐辐射、耐环境条件变化,是一种综合性能非常优异的特种环氧树脂材料,已应用于涂料、胶粘剂、集成电路的封装材料等许多领域。但是,二氧化双环戊二烯固化物的冲击强度较低,韧性较差,使它的应用受到了很大的限制,因此,设计制备韧性好的纳米复合材料具有重要的意义。本文采用三种方法制得了二氧化双环戊二烯的纳米复合材料,并对复合材料的力学性能和热性能进行了测试。首先,以丙烯酸和二氧化双环戊二烯为原料,反应生成二氧化双环戊二烯丙烯酸酯,再把硅烷偶联剂处理过的不同质量的纳米Si02粒子分散到该体系中,固化制得复合材料。从红外图中看出,丙烯酸和二氧化双环戊二烯发生了开环反应,n（丙烯酸）：n（二氧化双环戊二烯）的最佳比例为2：1。复合材料的力学性能较纯树脂有较大提高,当纳米SiO2用量为4%时,复合材料的冲击强度值达到了最大值17.91J/m,比纯树脂提高了72.54%。其次,探讨了固化体系的促进剂、固化剂、固化温度、固化升温程序以及纳米粒子的种类,确定用丙三醇作为促进剂、顺丁烯二酸酐作为固化剂、固化最高温度为200℃、固化升温程序为：90℃/2h+120℃/2 h+160℃/2h+200℃/6h、纳米SiO2作为掺杂粒子时,复合材料的力学性能最好；在最佳条件下,使二氧化双环戊二烯和顺丁烯二酸酐、丙三醇反应后,通过超声波、高速剪切机把预处理的不同质量分数的纳米SiO2粒子均匀分散到其中,对其进行力学性能、断面扫描、热性能测试。实验结果表明：复合材料的力学性都有很大的提高,分别为128%、153%、192%、252%及183%,当纳米SiO2质量分数为4%时,复合材料的冲击强度值达到了最大值36.57 J/m；从扫描电镜图中可以看出,纯树脂的断口呈清晰流水线状,而复合材料的断口呈复杂的鱼鳞状,能吸收更多的冲击能；从热失重曲线看出,含纳米SiO2粒子4%的复合材料在350℃时的失重率较纯二氧化双环戊二烯减少6%,在400℃时的失重率减少了25%,复合材料的高温热稳定性与纯环氧树脂相比有明显的提高。最后,用二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯和PPG2000反应生成预聚体,再与二氧化双环戊二烯形成互穿网络,然后把纳米SiO2粒子均匀分散到其中,固化得到复合材料,对复合材料进行力学性能测试；结果表明,当纳米SiO2质量分数为3%时,冲击强度达到了41.63 J/m,其力学性能最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 环氧树脂的概况
• 1.1.1 环氧树脂的发展简史
• 1.1.2 环氧树脂的特性和分类
• 1.1.3 环氧树脂的应用
• 1.1.4 现状和市场前景
• 1.2 环氧树脂增韧的方法
• 1.2.1 形成互穿网络聚合物（IPN）结构增韧
• 1.2.2 刚性粒子增韧环氧树脂
• 1.2.3 应用核壳结构聚合物来增韧环氧树脂
• 1.2.4 树枝形分子增韧环氧树脂
• 1.2.5 热致性液晶聚合物增韧环氧树脂
• 1.2.6 热塑性树脂改性环氧树脂
• 1.2.7 橡胶改性增韧环氧树脂
• 1.2.8 应用柔性链段的固化剂增韧环氧树脂的研究
• 1.2.9 应用复合弹性体微粒改性环氧树脂
• 1.3 二氧化双环戊二烯
• 1.3.1 二氧化双环戊二烯的性质和国内现状
• 1.3.2 二氧化双环戊二烯的固化剂
• 1.3.3 二氧化双环戊二烯的研究现状
• 1.4 环氧树脂/纳米复合材料的研究现状
• 1.5 课题的来源及研究的背景、内容和意义
• 第二章 丙烯酸酯纳米复合材料的制备与性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验装置
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 二氧化双环戊二烯的提纯
• 2.2.2 纳米二氧化硅粒子的预处理
• 2.2.3 丙烯酸酯的制备
• 2.2.4 丙烯酸酯纳米复合材料的制备
• 2.3 产品表征
• 2.3.1 原料熔点的测定
• 2.3.2 红外光谱分析
• 2.3.3 丙烯酸酯纳米复合材料的力学性能的测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 提纯前后的原料的熔点比较
• 2.4.2 红外光谱分析
• 2.4.3 丙烯酸酯纳米复合材料的力学性能测试
• 2.5 本章小结
• 第三章 二氧化双环戊二烯纳米复合材料的制备与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验装置
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 纳米粒子的预处理
• 3.2.2 二氧化双环戊二烯纳米复合材料的制备
• 3.3 产品表征
• 3.3.1 凝胶时间的测定
• 3.3.2 力学性能的测试
• 3.3.3 复合材料的断面扫描
• 3.3.4 红外光谱测试
• 3.3.5 热失重分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 促进剂的选择
• 3.4.2 固化剂的确定
• 3.4.3 二氧化双环戊二烯及其固化物的FT-IR表征与分析
• 3.4.4 固化温度的确定
• 3.4.5 固化升温程序的确定
• 3.4.6 纳米粒子的确定
• 2复合材料的力学性能'>3.4.7 不同质量分数SiO₂复合材料的力学性能
• 3.4.8 纯树脂固化物和复合材料的断面扫描
• 3.4.9 复合材料的热失重分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 R-122/聚氨酯互穿网络纳米复合材料的制备与性能
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验装置
• 本实验所采用的装置如图4-1所示
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 纳米粒子的预处理
• 4.2.2 PU预聚体的合成
• 4.2.3 R-122/聚氨酯互穿网络纳米复合材料的制备
• 4.3 产品表征
• 4.3.1 红外光谱分析
• 4.3.2 力学性能测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 聚氨脂预聚体的合成
• 4.4.2 聚氨酯预聚体的红外光谱图
• 4.4.3 聚合物互穿网络的形成
• 4.4.4 纳米复合材料的性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士期间研究成果