介观粒子在热塑性/环氧树脂共混体系相分离中的强化粘弹效应研究

论文摘要

本文通过光学显微镜(OM),时间分辨光散射(TRLS),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)等手段研究了尺寸介于纳米到微米间的介观粒子对聚醚砜(PES)/环氧树脂(DGEBA)、聚苯乙烯(PS)/环氧树脂(DGEBA)及聚醚酰亚胺(PEI)/环氧树脂(TGDDM)等热塑性改性热固性树脂体系聚合诱导相分离行为的影响,并研究了改性体系的力学性能。通过研究介观粒子对临界组成附近的热塑性改性热固性树脂共混体系聚合诱导粘弹相分离行为的影响,发现介观粒子对动力学不对称体系的粘弹相分离具有强化粘弹效应。OM、TRLS和SEM结果显示介观粒子的加入使热塑性改性热固性树脂共混体系相分离中的相尺寸变小、相结构精细化,使慢动力学相的松弛速率变慢,其形成的网状结构变的更难松弛分解,相分离表现出更强的粘弹性；DSC研究结果表明介观粒子作为惰性粒子加入共混物中未改变相分离雾点时环氧树脂固化转化率,对共混体系的热力学性质影响不大,介观粒子对共混体系相分离的影响主要是由动力学因素影响所导致的；TEM结果显示介观粒子主要分布于动力学性质较慢的热塑性树脂富集相中以及两相界面上,而动力学较快的环氧树脂富集相中基本不存在,说明介观粒子是通过与慢动力学相的相会作用来影响相分离行为的,我们认为这种作用是分子链的缠绕作用；研究还发现介观粒子的尺寸越小、分散性越好,对相结构细化越明显,强化粘弹效应越显著；当固化温度升高或固化速率减慢时,共混体系的动力学不对称性因此变小或消失,介观粒子的强化粘弹效应也随之减弱或消失。在PEI/TGDDM共混改性体系中,介观粒子海泡石的加入使体系的相结构与力学性能均发生显著改变：PEI含量为5wt%时,体系组成远离临界组成,相分离为成核生长(NG)机理,未加介观粒子时,PEI富集相形成球状分散相结构,加入海泡石后,由于分子链缠绕作用,PEI分子主要分布于介观粒子表面,导致球状PEI富集分散相消失,加入介观粒子子使拉伸强度和断裂伸长率有所提高,但是杨氏模量变化不大；PEI含量为13wt%时,共混体系处于临界组成附近,相分离为旋节线(SD)机理,未加介观粒子时,体系为相区尺寸较大的双连续相结构,加入海泡石后,强化粘弹效应使PEI富集相的松弛变慢,相区尺寸变小,相结构细化,体系仍为双连续结构,加入介观粒子使拉伸强度、断裂伸长率和杨氏模量均有所提高。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 聚合物体系相分离理论背景
• 1.1.1 高分子共混体系相分离理论基础
• 1.1.2 聚合反应诱导相分离背景及理论
• 1.1.3 粘弹相分离模型与聚合诱导粘弹相分离
• 1.2 含纳米粒子的聚合物体系的研究
• 1.2.1 纳米粒子/聚合物二元复合体系的研究
• 1.2.2 含纳米粒子的多元聚合物体系的研究
• 1.3 本论文研究背景
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 1.5 本论文的主要创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料与试剂
• 2.2 样品的制备
• 2.2.1 介观粒子表面改性处理
• 2.2.2 PES/E51/MTHPA体系共混样品的制备
• 2.2.3 PS/E51/MTHPA体系共混样品的制备
• 2.2.4 Sep/PEI/TGDDM体系共混样品的制备
• 2.3 仪器及测试方法
• 2.3.1 光学显微镜（OM）
• 2.3.2 时间分辨光散射（TRLS）
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.4 透射电镜（TEM）
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.3.6 差示扫描量热仪（DSC）
• 第三章 介观粒子对临界组成共混体系相分离的影响
• 3.1 聚醚砜/环氧树脂共混体系相分离的研究
• 3.1.1 样品PES13相分离演化过程的跟踪与分析
• 3.1.2 不同介观粒子对PES/Epoxy改性体系相分离的影响
• 3.1.3 温度对Sep/PES/Epoxy三元共混体系相分离的影响
• 3.1.4 介观粒子对最终相结构的影响及其在固化物中的分布情况
• 3.1.5 Sep/PES/Epoxy共混体系热力学研究
• 3.2 聚苯乙烯/环氧树脂共混体系相分离的研究
• 3.2.1 介观粒子对PS/Epoxy改性体系相分离的影响
• 3.2.2 介观粒子强化粘弹效应的弱化与消失
• 3.3 本章小结
• 第四章 海泡石对聚醚酰亚胺/环氧树脂共混体系相分离及力学性能影响的研究
• 4.1 海泡石对PEI/TGDDM共混体系相结构的影响
• 4.1.1 临界组成附近的共混体系
• 4.1.2 PEI含量较低的体系
• 4.2 海泡石对PEI/TGDDM共混体系力学性能的影响
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文