可溶性聚醚醚酮改性环氧树脂的研究

论文摘要

环氧树脂具有收缩率低、力学性能优异、粘接强度高、耐化学性、耐老化性、价格低廉等优点,在航空航天、电子仪表、胶粘剂、涂料和建筑等领域广泛应用。但环氧树脂固化后有质脆、韧性差、耐热性不高等缺点,很大程度上限制了其在高新技术领域的应用。使用热塑性树脂改性环氧树脂解决这些问题是比较有效方法之一。本文在聚醚醚酮改性环氧树脂的基础上,研究了新型可溶性聚醚醚酮（s-PEEK）作为改性剂改性环氧,以期使环氧树脂的韧性和耐热性均获得提高。主要的研究内容和结论如下：1.加入不同量的s-PEEK和聚醚醚酮（PEEK）,对环氧树脂凝胶时间的影响规律不一样。随PEEK含量的增加,凝胶时间增大；s-PEEK含量的增加,凝胶时间先减少,后又增大。利用非等温差示扫描量热法确定E-51/s-PEEK、复合环氧/s-PEEK和E-51的固化温度：80℃/1h+120℃/3h+150℃/2h,得到了三体系固化反应的表观活化能分别为50.77kJ/mol、52.17kJ/mol和50.53kJ/mol,相应的固化反应级数分别为0.874、0.877和0.862。可知固化反应跟s-PEEK的加入和环氧树脂的类型关系不大。同时用FTIR研究固化温度及固化时间对E-51/s-PEEK体系固化的影响,较长时间固化和较高温度固化均使固化趋于完全；且随着s-PEEK用量的增加,环氧基团反应越不完全。2.以PEEK/EP体系作为对比,对s-PEEK/EP的力学性能进行了研究,s-PEEK加入使环氧树脂的力学指标获得提高,且加入s-PEEK的体系有更好的性能。实验获得的最大拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、剪切强度分别为64.43MPa、6.98%、60.93MPa、2828.2MPa、46.62kJ/m2、39.5MPa,分别比未改性的树脂增加13.04%、101.7%、16.84%、13.93%、85.6%、36.04%。固化温度、固化时间和固化剂结构等因素对环氧树脂体系的部分力学性能有很大的影响。3.考察混合树脂体系在23℃、50℃、100℃、150℃、180℃下的热强度的变化,发现在较低的温度下含s-PEEK和三官能度环氧（TFE）的体系强度大,在高温下含PEEK和四官能度环氧（AG-80）的体系强度大。复合环氧体系在100℃的热强度随s-PEEK加入量的增加而增大,而PEEK/EP体系强度变化不大。同时发现含s-PEEK的体系具有耐热老化和耐湿热老化的优异性能。4.动态热机械分析（DMA）测试表明,固化物只存在一个损耗峰。随着s-PEEK含量的增加,Tg逐渐升高,加入25phr时达到179.61℃。不同的固化温度和TFE的加入对峰值有影响,但损耗峰均是单峰。以DDS为固化剂固化的试样出现部分相分离的现象。对含s-PEEK的质量分别为0phr、10phr和20phr的E-51/DDM的热失重测试表明：50%的质量热损失温度分别为414.9℃、415.6℃、423.3℃,可以看出s-PEEK加入到环氧树脂中使其热稳定性得到提高。5.根据SEM、DMA、DSC、冲击性能测试,分析了两种聚醚醚酮增韧改性环氧树脂的机理。PEEK增韧改性环氧树脂过程中,分散相起主导作用,分散相颗粒吸收能量,防止裂纹扩展。s-PEEK增韧效果较明显,主要依靠树脂间形成的半互穿网络结构,在外力作用下热塑性树脂诱发基体屈服变形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 环氧树脂及耐热型环氧
• 1.1.1 环氧树脂的概述
• 1.1.2 耐热型环氧树脂
• 1.2 环氧树脂的增韧改性
• 1.2.1 液体橡胶增韧
• 1.2.2 互穿聚合物网络（IPN）增韧
• 1.2.3 热致液晶聚合物增韧
• 1.2.4 纳米粒子增韧
• 1.2.5 "柔性链段"增韧环氧树脂
• 1.2.6 热塑性树脂增韧环氧树脂
• 1.3 聚醚醚酮类树脂及其改性环氧树脂
• 1.3.1 聚醚醚酮类树脂
• 1.3.2 聚醚醚酮类树脂改性环氧
• 1.4 课题的研究目的及意义
• 第二章 可溶性聚醚醚酮/EP体系的固化特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料与仪器
• 2.2.2 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 凝胶时间研究环氧混合体系固化特性
• 2.3.2 E-51/s-PEEK/DDM体系固化反应动力学
• 2.3.3 红外表征环氧树脂体系固化
• 2.4 本章小节
• 第三章 两种聚醚醚酮和环氧共混体系力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料与测试设备
• 3.2.2 固化试样的制备
• 3.2.3 固化试样的力学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固化试样的拉伸性能测试
• 3.3.2 固化试样的弯曲性能测试
• 3.3.3 固化试样的冲击性能测试
• 3.3.4 固化条件对体系冲击性能的影响
• 3.3.5 固化试样剪切强度的测试
• 3.3.6 固化试样热强度的测试
• 3.3.7 胶粘剂热老化性能的测试
• 3.3.8 胶粘剂湿热老化性能的测试
• 3.4 本章小节
• 第四章 可溶性聚醚醚酮和环氧共混体系热学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料与仪器
• 4.2.2 DMA试样制备与测试
• 4.2.3 DSC分析与测试
• 4.2.4 TG分析与测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 DMA测试结果与分析
• 4.3.2 DSC测试结果与分析
• 4.3.3 TG分析与测试
• 4.4 本章小节
• 第五章 可溶性聚醚醚酮和聚醚醚酮增韧环氧的机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 试样的制备与测试
• 5.2.1 试样的制备
• 5.2.2 DMA测试
• 5.2.3 SEM分析
• 5.3 树脂增韧机理分析
• 5.3.1 树脂体系相容性和微观形貌研究
• 5.3.2 增韧机理分析
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书