PU预聚体改性UPR的制备及其复合材料性能研究

论文摘要

不饱和聚酯树脂是三大热固性树脂之一,由于价格低廉,物理机械性能较好,性价比高,被广泛运用在纤维增强塑料这一领域。但随着复合材料行业的发展,对不饱和聚酯树脂的性能要求越来越高,不饱和聚酯树脂的一些不足之处也显现出来,比如固化后脆性大、收缩率高等。本文对PU预聚体改性UPR及其复合材料进行了研究。首先通过NCO含量的测定和红外光谱分析对聚氨酯预聚体的合成进行了研究,选择最佳合成条件；在此合成条件下成功合成了8种聚氨酯预聚体,分别按-NCO:-OH当量比加入到不饱和聚酯树脂中,对改性后树脂体系的静态力学性能进行了研究,使用红外光谱,SEM和DMA辅助分析,研究了性能的变化规律,并确定最佳力学性能改性体系；然后用改性后具有最佳力学性能树脂基体制备复合材料,研究不同树脂基体的力学性能的变化与界面性能。在端-NCO基聚氨酯预聚体合成条件研究中,实验发现控制TDI与PEG的摩尔比为4与3时,合成得到预聚体的粘度较小；当摩尔比为2时,预聚体粘度较大,达到6000mPa·s以上；TDI与PEG的摩尔比越大,PEG分子量越小,合成的预聚体稳定性越差；在80℃,3个小时的合成条件下,TDI与PEG能完全反应。在聚氨酯预聚体改性端羟基不饱和聚酯树脂的研究中,发现聚氨酯预聚体加入不饱和聚酯树脂中后,端-NCO基团能与羟基完全发生反应,形成交联点；改性后的不饱和聚酯树脂,在冲击,弯曲和拉伸性能上均有一定的提高,其中TDI:PEG摩尔比为2,PEG分子量为600时合成得到的预聚体对UPR冲击性能的提高最明显,达到68kJ/m2,为不饱和聚酯树脂的10倍；随着PEG分子量的提高和TDI:PEG摩尔比的降低,改性UPR的力学性能呈现冲击强度增大,弯曲强度和弯曲模量下降的变化趋势；采用PEG分子量为400,TDI:PEG摩尔比为3时合成得到的预聚体,按-NCO：-OH当量比为1.5加入到端羟基不饱和聚酯树脂中,改性UPR的综合力学性能最佳,其冲击强度为改性前的3倍,弯曲强度为改性前的1.5倍,拉伸强度为改性前1.7倍,断裂伸长率为改性前的2倍。本文最后对改性前后UPR复合材料的力学性能与界面性能进行了研究,结果表明：改性后UPR复合材料相对于改性前端羟基不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂复合材料在性能上有大幅提高,其中弯曲强度比改性前增加了79%,拉伸强度提高了18%,断裂伸长率提高了16%,弯曲模量和拉伸模量也有一定程度的提高；对复合材料拉伸破坏试样的微观形貌分析发现,改性UPR复合材料的玻璃纤维表面附着的树脂基体较多,表明改性后的UPR与玻璃纤维有着良好的界面粘接。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 聚氨酯预聚体的概述
• 1.1.1 聚氨酯的简述
• 1.1.2 聚氨酯预聚体的合成原理
• 1.1.3 聚氨酯预聚体在聚氨酯工业中的应用
• 1.2 不饱和聚酯树脂的特性及其增韧改性研究进展
• 1.2.1 不饱和聚酯树脂的特性
• 1.2.2 不饱和聚酯树脂国内外增韧改性进展
• 1.3 本论文研究的目的与意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 聚氨酯预聚体的合成研究
• 2.1 端-NCO基聚氨酯预聚体的合成原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原材料与实验仪器
• 2.2.2 端-NCO基聚氨酯预聚体的合成工艺
• 2.2.3 聚氨酯预聚体的NCO含量测定与红外光谱分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 保温温度对合成聚氨酯预聚体的影响
• 2.3.2 保温时间对聚氨酯预聚体合成的影响
• 2.3.3 储存时间对NCO%的影响
• 2.3.4 端-NCO基团聚氨酯预聚体的红外光谱分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 端-NCO基聚氨酯预聚体改性端-OH基不饱和聚酯树脂的研究
• 3.1 改性原理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原材料与实验仪器
• 3.2.2 聚氨酯预聚体改性不饱和聚酯树脂的试样制备
• 3.2.3 改性后不饱和聚酯树脂性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 固化后的改性不饱和聚酯树脂的红外光谱分析
• 3.3.2 力学性能分析
• 3.3.3 冲击断面微观形态分析
• 3.3.4 动态热机械分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 PU预聚体改性UPR复合材料的制备与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原材料与实验仪器
• 4.2.2 复合材料及其试样制备
• 4.2.3 结构表征与性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 静态力学性能分析
• 4.3.2 复合材料拉伸断面微观形态分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 研究生期间发表论文