酯类液晶环氧的合成、表征及固化反应研究

论文摘要

液晶高分子作为一类新型的增韧剂,具有高强度、高模量、耐高温及膨胀系数小等特点,利用液晶高分子增韧环氧树脂不仅使环氧树脂的韧性明显增加,而且使材料的强度和耐热性都得到改善,由此引起人们的研究兴趣。在本研究工作中,我们合成了四种芳香酯液晶环氧树脂（LCER）单体,研究了结构对液晶性质的影响,并用FTIR、EA、1H-NMR、DSC和POM对其结构和性能进行了表征。结果表明,四种LCER单体在液晶态温度范围内为向列型液晶。甲基取代基和乙氧基柔性间隔的引入都能降低LCER单体的Tm和Ti,而液晶稳定性得以保持甚至加强,同时引入两种基团的MPEPEB单体的Tm和Ti分别下降至78.7℃和133.9℃。采用DSC对LCER/二胺体系（ MPEPB/DDM、PEPEB/DDM、MPEPEB/DDM和MPEPEB/DAE）的固化动力学进行研究,四个体系的等温固化和非等温固化研究得到的动力学参数略有差别,其中MPEPEB/DAE和MPEPEB/DDM体系在非等温固化过程的DSC曲线出现了明显的双峰。四个体系的等温固化反应基本遵循n级反应模型。比较等温固化与非等温固化反应的结果发现,LCER/胺体系的反应速率不仅是温度和反应程度的函数,还与反应过程的其他因素有关。通过POM法研究固化过程中的样品相态变化发现四个体系在适当反应条件下可以得到各向异性的材料。MPEPEB/DDM的织构在固化过程中由纹影织构变成了球粒织构。MPEPEB/DAE固化下来的织构在POM观察中升温至85℃时消失,降温后再次出现,但是在相应的DSC过程中没有发现热流变化。等温固化样品的Tg由DSC法测得。MPEPB/DDM体系的Tg分布在140160℃之间,PEPEB/DDM在90100℃之间,MPEPEB/DDM在4050℃之间,MPEPEB/DAE在3236℃之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-2 液晶环氧树脂
• 1-2-1 液晶环氧树脂的概念
• 1-2-2 液晶环氧树脂的分类
• 1-2-3 液晶环氧树脂的固化和固化剂的选择
• 1-2-4 液晶环氧树脂的表征
• 1-3 酯类LCER的研究进展
• 1-3-1 结构与液晶性能研究
• 1-3-2 固化动力学研究
• 1-3-3 固化形态及性能
• 1-3-4 展望
• 1-4 研究的目的和意义
• 第二章 LCER单体的合成与表征
• 2-1 主要试剂及精制
• 2-2 合成实验
• 2-2-1 双环氧丙氧基苯甲酸对苯二酚酯（PEPB）的合成
• 2-2-2 双环氧丙氧基苯甲酸甲基对苯二酚酯（MPEPB）的合成
• 2-2-3 双环氧丙氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚酯（PEPEB）的合成
• 2-2-4 双环氧丙氧基乙氧基苯甲酸甲基对苯二酚酯（MPEPEB）的合成
• 2-2-5 分子结构和液晶行为表征
• 2-3 结果与讨论
• 2-3-1 双环氧丙氧基苯甲酸对苯二酚酯（PEPB）的表征
• 2-3-2 双环氧丙氧基苯甲酸甲基对苯二酚酯（MPEPB）的表征
• 2-3-3 双环氧丙氧基乙氧基苯甲酸对苯二酚酯（PEPEB）的表征
• 2-3-4 双环氧丙氧基乙氧基苯甲酸邻甲基对苯二酚酯（MPEPEB）的表征
• 2-4 本章小结
• 第三章 固化反应研究
• 3-1 固化动力学理论背景
• 3-1-1 DSC方法原理
• 3-1-2 等温固化反应研究方法
• 3-1-3 非等温固化反应研究方法
• 3-1-4 等温固化与非等温固化反应研究对照法
• 3-2 实验部分
• 3-2-1 原料
• 3-2-2 样品制备
• 3-2-3 非等温DSC测试
• 3-2-4 等温DSC测试
• 3-3 结果与讨论
• 3-3-1 不同结构LCER单体的固化反应活性
• 3-3-2 MPEPB/DDM固化反应研究
• 3-3-3 PEPEB/DDM固化反应研究
• 3-3-4 MPEPEB/DDM固化反应研究
• 3-3-5 MPEPEB/DAE固化反应研究
• 3-4 本章小结
• 第四章 交联网络的玻璃化转变温度和形态研究
• 4-1 实验部分
• 4-1-1 偏光显微镜（POM）分析
• 4-1-2 DSC 法分析
• 4-2 结果与讨论
• 4-2-1 玻璃化转变温度（Tg）
• 4-2-2 相态
• 4-3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果