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聚砜的合成及改性环氧树脂胶黏剂的研究

作　者: 陈明月
导　师: 王军；张斌
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 化学工程
关键词: 聚砜环氧树脂胶粘剂增韧改性热机械性能
分类号: TQ433.437
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为高性能热塑性树脂,聚砜(PSF)具有优良的特性,如高温下具有高的强度和刚性,可长时间连续使用,高热变形温度,极佳的耐水解、耐酸碱性,甚至在较为复杂的几何形状时仍具有良好的尺寸稳定性,以及较低的对环境敏感的应力断裂和极高的切口冲击强度。因此,广泛用于电子和光学设备、生物材料、航天材料等。在聚砜大分子结构中引入活性基团,使活性基团处于端基或侧基位置,通过活性基团的化学反应,可得到一类热固性的交联聚砜。由于聚砜具有热塑性塑料的韧性而使交联网络克服了大多数热固性树脂脆性,利用热塑性工程塑料对热固性树脂进行改性,有利于提高环氧树脂的性能。本文以双酚A (BPA)、4,4’-二氯二苯砜(DCDPS)和对羟基苯酚为原料合成了五种不同分子量的胺基封端聚砜低聚物(PSF-NH2),以BPA、DCDPS和对羟基苯甲酸为原料,合成了三种羧基封端的聚砜低聚物(PSF-COOH),通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱和碳谱(1H and 13C NMR)对其结构进行了表征,考察了低聚物的溶解性能和热性能。将聚砜低聚物与环氧树脂(E-51)进行共混改性,采用万能拉力试验机和动态热机械分析仪(DMA)探讨了聚砜的分子量、用量等因素对改性环氧树脂固化体系的粘接性能、机械性能及动态热机械性能的影响。胺基和羧基封端的PSF低聚物具有优良的热性能和溶解性能,其玻璃化转变温度和600℃时的残炭率均随着分子量的升高而升高。将PSF低聚物与环氧树脂及胺类固化剂进行共混,PSF的加入使体系粘着力提高,有利于体系塑性变形时对冲击断裂能的吸收、传递和分散,从而提高了体系的断裂伸长率。当PSF分子量较低时,份数较小时,其颗粒分散相较少,且粒径较小,较单一的环氧固化体系而言拉伸时的弹性相对较大,而分子量的增加,份数的加大,增加了体系的脆性,此时材料的强度会有大幅度的降低。不同封端的PSF低聚物对环氧体系的改性结果具有相似的规律。此外,PSF低聚物具有良好的加工性能,能与环氧体系形成均一的三维网络结构,未发生相分离现象。

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摘要 5-6ABSTRACT 6-11第1章绪论 11-25 1.1 引言 11 1.2 环氧树脂概述 11-12 1.2.1 环氧树脂的简介 11-12 1.2.2 环氧树脂的性能特点 12 1.3 环氧树脂增韧改性研究进展 12-22 1.3.1 橡胶增韧环氧树脂 12-16 1.3.1.1 丁腈橡胶增韧环氧树脂 13-15 1.3.1.2 丙烯酸酯橡胶增韧环氧树脂 15 1.3.1.3 硅橡胶改性环氧树脂 15-16 1.3.1.4 液态聚硫橡胶改性环氧树脂 16 1.3.2 热塑性树脂增韧环氧树脂 16-21 1.3.2.1 聚醚砜(PES)增韧环氧树脂 16-18 1.3.2.2 聚酰亚胺(PI)增韧环氧树脂 18-19 1.3.2.3 聚砜(PSF)增韧环氧树脂 19 1.3.2.4 聚碳酸酯(PC)增韧环氧树脂 19-20 1.3.2.5 聚醚酮(PEK)增韧环氧树脂 20 1.3.2.6 聚醚醚酮(PEEK)增韧环氧树脂 20-21 1.3.3 核壳结构增韧环氧树脂 21 1.3.4 膨胀性单体增韧环氧树脂 21 1.3.5 刚性粒子增韧环氧树脂 21-22 1.3.6 液晶聚合物增韧环氧树脂 22 1.4 聚砜简介 22-23 1.5 本论文的主要工作 23-25第2章实验部分 25-30 2.1 实验原料和设备 25 2.2 实验仪器 25-26 2.3 实验方法 26-27 2.3.1 胺基和羧基封端聚砜的合成原理与方法 26-27 2.3.2 PSF-环氧树脂体系的固化方法 27 2.4 表征与测试方法 27-29 2.4.1 结构表征 27-28 2.4.1.1 红外光谱(FT-IR) 27-28 2.4.1.2 核磁谱图(NMR) 28 2.4.2 分子量的测定 28 2.4.3 溶解性能测试 28 2.4.4 示差扫描量热分析 28 2.4.5 动态热机械分析 28 2.4.6 热失重分析 28 2.4.7 剪切强度测试 28-29 2.4.8 机械性能测试 29 2.5 本章小结 29-30第3章胺基封端的PSF低聚物结构表征与性能研究 30-45 3.1 胺基封端PSF低聚物的合成及结构表征 30-33 3.1.1 胺基封端PSF低聚物的合成 30 3.1.2 结构表征 30-33 3.2 胺基封端PSF低聚物的性能 33-35 3.2.1 溶解性能 33-34 3.2.2 玻璃化转变温度 34-35 3.2.3 热稳定性 35 3.3 胺基封端PSF低聚物改性环氧树脂的性能 35-43 3.3.1 低聚物分子量对粘接性能的影响 36-37 3.3.2 低聚物分子量对机械性能的影响 37-40 3.3.3 低聚物分子量对动态热机械性能的影响 40-43 3.4 本章小结 43-45第4章羧基封端的PSF低聚物结构表征与性能研究 45-57 4.1 羧基封端PSF低聚物的合成及结构表征 45-48 4.1.1 羧基封端PSF低聚物的合成 45 4.1.2 结构表征 45-48 4.2 羧基封端PSF低聚物的性能 48-49 4.2.1 溶解性能 48 4.2.2 玻璃化转变温度 48-49 4.2.3 热稳定性 49 4.3 羧基封端PSF低聚物改性环氧树脂的性能 49-56 4.3.1 低聚物分子量对粘接性能的影响 50-51 4.3.2 低聚物分子量对机械性能的影响 51-53 4.3.3 低聚物分子量对动态热机械性能的影响 53-56 4.4 本章小结 56-57结论 57-58参考文献 58-63致谢 63

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