学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

纳米二氧化硅粒子改性氰酸酯树脂的研究

作　者: 王君龙
导　师: 梁国正
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 氰酸酯树脂 nano-SiO2 Sol-gel 聚苯乙烯 聚丙烯腈 聚甲基丙烯酸甲酯 剪切力 固化动力学 热稳定性 增强增韧 纳米复合材料 多元共混聚合物
分类号: TQ320
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 546次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


开发具有良好物理、化学及机械性能，又具有良好工艺性的高性能树脂基体已迫在眉睫，氰酸酯树脂（Cyanate Ester Resin，CE）就是应运而生的一种颇具潜力的新兴树脂。氰酸酯树脂是一种新型的热固性树脂，它在较宽广的温度和频率范围内保持低且稳定的介电常数和介电损耗，同时具有良好的耐热性能和工艺性能等，在航空航天、光学器械等领域开始了广泛的应用。但由于CE交联密度高，脆性大，抗疲劳强度和冲击韧性难以满足现代国防工业等高科技发展需求。用无机纳米粒子对CE进行改性，是提高其物理性能，以适应不同应用领域需要的一种有效方法。本课题的目标是希望用无机纳米SiO2粒子和多元共混等方法对CE进行改性研究，以期获得具有良好力学、热学、介电等性能的氰酸酯树脂基复合材料。本课题首先选用工业上常用的不同规格品种的SiO2作为无机纳米改性剂，采用直接添加法、匀速搅拌法、球磨分散法及偶联剂处理法等方法技术，对双酚A型氰酸酯树脂进行了改性研究。通过混合物反应性能研究，摸索无机纳米SiO2粒子改性氰酸酯树脂的工艺流程及作用条件，探测各不同规格的SiO2结构体、不同改性方法、不同添加工艺过程对CE的改性效果。结果发现，施加较强剪切作用力（高速剪切分散、球磨分散等）和采用优选的偶联剂预处理技术等均可有效减小纳米SiO2的团聚现象，使SiO2软团聚均匀细化分散。纳米SiO2的分散程度与添加工艺有着直接关系，只有在CE聚合前的恰当时机加入纳米SiO2粒子，复合材料的力学性能尤其是冲击韧性才能大幅度得到提高。为了避免在固体纳米粒子添加过程中，因CE高粘度特征带来的均匀分散难度较大的不利因素的影响，在工业品纳米SiO2粒子改性CE的基础上，尝试采用溶胶一凝胶（Sol-gel）技术，自制纳米级溶胶一凝胶体SiO2，并摸索其改性CE的工艺流程。研究发现，只要选用适合的无水溶剂处理正硅酸乙酯（TEOS），把握其形成初生态纳米胶体的条件与添加时机，便可以半胶态方式或前胶态方式方便地对CE实施改性，且能保证SiO2以较小纳米尺寸均匀分散于CE之中。用该方法制得的纳米SiO2／CE复合材料，其耐疲劳强度和冲击韧性均优于其它工业品固体纳米改性CE的效果。透射电子显微镜（TEM）分析测试结果显示，SiO2以较小粒子尺寸参与复合，未发现有明显的团聚现象存在。在对nano-SiO2／PMMA／CE、nano-SiO2／PAN／PMMA／CE改性体系的相结构特征研究中发现，随PMMA含量的增加依次出现分散相、双连续相和相反转结构，在临界点附近可形成双连续相结构。相尺寸和相间距随固化温度的变化而变化。在不同温度下PMMA改性体系的松弛时间，可用WLF方程进行很好地拟合。复合体系相分离过程受粘弹性效应的影响。在sol-gel纳米SiO2存在下，考察了PMMA／CE及PAN／PMMNCE的聚合速率、活化能的变化等，探讨了多元共混体系的反应条件与复合材料结构与性能间的关系。研究发现，引发剂浓度的大小对复合材料的结构和性能有较大影响。引发剂浓度越低，复合材料中纳米粒子的分散程度越好，复合材料的耐热分解温度也越高、玻璃化温度变化也就越大。XRD及TEM测试结果表明，聚合物与纳米粒子间有较强的界面作用，sol-gel纳米SiO2／PAN／PMMA／CE具有剥离型结构。PMMA／CE聚合物中引入极性单体AN后，纳米粒子的分散情况得到明显改善，且与共聚物的界面作用力增强。PAN／PMMA／CE与纳米粒子复合后，材料的玻璃化温度和耐热分解温度都有不同程度改善，复合材料的力学性能等均有不同程度的提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-14
第一章 文献综述  14-37
  1.1 氰酸酯树脂的国内外研究概况  14-18
  1.2 氰酸酯树脂的结构特点与性能  18
  1.3 氰酸酯树脂的制备  18-24
    1.3.1 单体的合成  18-20
    1.3.2 固化反应及动力学研究  20-21
    1.3.3 催化剂的选择与影响  21-23
    1.3.4 氰酸酯树脂的力学性能  23
    1.3.5 氰酸酯树脂的介电性能  23
    1.3.6 氰酸酯树脂的热性能  23-24
    1.3.7 氰酸酯树脂的耐湿热性和化学稳定性  24
  1.4 氰酸酯树脂的应用  24-26
  1.5 氰酸酯树脂的改性  26-35
    1.5.1 环氧树脂改性氰酸酯树脂的研究  27-28
    1.5.2 双马来酰亚胺树脂改性氰酸酯树脂的研究  28-29
    1.5.3 CE/EP/BMI三元改性体系的研究  29-30
    1.5.4 热塑性树脂改性氰酸酯树脂的研究  30-31
    1.5.5 含不饱和双键化合物改性氰酸酯树脂的研究  31-32
    1.5.6 晶须改性氰酸酯树脂的研究  32-33
    1.5.7 纳米技术在高聚物中的应用  33-35
  1.6 选题意义和研究内容  35-37
第二章 纳米SiO_2改性氰酸酯树脂的研究  37-61
  2.1 引言  37-38
  2.2 实验部分  38-40
    2.2.1 实验用主要原材料  38-39
    2.2.2 纳米SiO_2的表面处理  39
    2.2.3 复合材料的制备  39
    2.2.4 性能表征  39-40
  2.3 结果与讨论  40-59
    2.3.1 偶联剂KH-560对纳米SiO_2的改性分析  40-42
    2.3.2 纳米SiO_2对CE改性的制备工艺分析  42-46
    2.3.3 纳米SiO_2对CE固化过程影响分析  46-48
    2.3.4 不同粒径纳米SiO_2/BADCy复合材料的电性能  48-50
      2.3.4.1 纳米SiO_2/BADCy复合材料的击穿场强  48-49
      2.3.4.2 纳米SiO_2/BADCy复合材料的介电损耗角正切tanδ值  49-50
      2.3.4.3 纳米SiO_2/BADCy复合材料的介电常数ε_r值  50
    2.3.5 几种商品纳米SiO_2/CE复合材料的比较  50-55
      2.3.5.1 几种商品纳米SiO_2/CE改性体系的冲击、弯曲强度  50-53
      2.3.5.2 几种商品纳米SiO_2/CE复合材料的SEM分析  53-55
    2.3.6 纳米SiO_2含量对复合材料性能的影响  55-59
      2.3.6.1 纳米SiO_2含量对复合材料玻璃化转变温度的影响  55-56
      2.3.6.2 纳米SiO_2含量对复合材料力学性能的影响  56-58
      2.3.6.3 纳米SiO_2含量对复合材料耐热性能的影响  58
      2.3.6.4 纳米SiO_2含量对复合材料吸水率的影响  58-59
  2.4 本章小结  59-61
第三章 溶胶-凝胶法SiO_2改性氰酸酯树脂的研究  61-80
  3.1 引言  61-62
  3.2 实验部分  62-63
    3.2.1 实验用主要原材料  62
    3.2.2 溶胶-凝胶法制备纳米SiO_2的工艺设计  62-63
    3.2.3 溶胶-凝胶法制备纳米SiO_2粉体  63
    3.2.4 溶胶-凝胶法纳米SiO_2/CE复合材料的制备  63
    3.2.5 测试仪器与性能表征  63
  3.3 结果与讨论  63-78
    3.3.1 纳米SiO_2的性能  63-66
    3.3.2 sol-gel纳米SiO_2/CE复合材料的性能  66-72
      3.3.2.1 实验配方选择  66
      3.3.2.2 复合材料的力学性能分析  66-68
      3.3.2.3 复合材料的玻璃化温度图谱分析  68-69
      3.3.2.4 复合材料的透射电镜分析  69-70
      3.3.2.5 复合材料的热性能分析  70
      3.3.2.6 复合材料的吸水性能分析  70-71
      3.3.2.7 复合材料的腐蚀性能分析  71-72
    3.3.3 sol-gel纳米SiO_2/CE与DP1/CE的性能比较  72-77
      3.3.3.1 SiO_2两种状态凝胶曲线的比较  72-73
      3.3.3.2 两种复合材料力学性能的比较  73-74
      3.3.3.3 SiO_2对两相界面影响的比较  74-75
      3.3.3.4 不同SiO_2试样Tg图谱比较  75-76
      3.3.3.5 不同SiO_2试样TEM图的比较  76-77
    3.3.4 动力学分析及理论诠释  77-78
  3.4 本章小结  78-80
第四章 热塑性树脂对氰酸酯树脂的改性研究  80-112
  4.1 引言  80-81
  4.2 实验部分  81-83
    4.2.1 实验用仪器及试剂  81
    4.2.2 氰酸酯树脂基共混体系的同步和异步合成  81-82
      4.2.2.1 CE/PMMA复合材料的制备  81-82
      4.2.2.2 CE/PST复合材料的制备  82
      4.2.2.3 CE/PAN复合材料的制备  82
    4.2.3 固化物的性能表征  82-83
      4.2.3.1 示差量热扫描分析(DSC)  82-83
  4.3 结果与讨论  83-111
    4.3.1 CE改性体系中热塑性树脂含量对相分离的影响  83-90
      4.3.1.1 改性用热塑性树脂的选择  83-84
      4.3.1.2 相分离过程中的转化率  84-85
      4.3.1.3 单体转化率的FT-IR分析  85-87
      4.3.1.4 PMMA/CE改性体系的相图  87-88
      4.3.1.5 PMMA/CE改性体系的相结构  88-90
    4.3.2 固化温度及催化剂对改性体系相分离的影响  90-100
      4.3.2.1 不同温度下相分离过程中的转化率  90-92
      4.3.2.2 不同固化温度下改性体系相结构的比较  92-93
      4.3.2.3 后固化对改性体系相结构的影响  93-96
      4.3.2.4 催化剂对改性体系相结构的影响  96-97
      4.3.2.5 在不同固化温度下改性体系的相结构  97-100
    4.3.3 改性体系的力学性能  100-101
    4.3.4 改性体系的玻璃化转变温度  101-102
    4.3.5 改性体系的粘弹性效应  102-111
      4.3.5.1 不同固化温度下改性体系的光散射行为  103-107
      4.3.5.2 WLF方程在PMMA改性体系中的应用  107-110
      4.3.5.3 T_S的物理意义  110-111
  4.4 本章小结  111-112
第五章 氰酸酯树脂基多元共混聚合物复合材料研究  112-150
  5.1 引言  112-113
  5.2 实验部分  113-118
    5.2.1 实验用主要原材料  113
    5.2.2 复合材料的制备  113-114
      5.2.2.1 PAN/PMMA/CE共混物的制备  113
      5.2.2.2 sol-gel纳米SiO_2/PAN/PMMA/CE复合材料的制备  113-114
    5.2.3 试验条件及性能表证  114-118
      5.2.3.1 膨胀计体积的标定及K值的测定  114-115
      5.2.3.2 聚合反应速率的测定  115
      5.2.3.3 GPC测试  115-116
      5.2.3.4 FT-IR表征  116
      5.2.3.5 X射线表征  116
      5.2.3.6 示差量热DSC及热重TGA表征  116
      5.2.3.7 扫描电镜(SEM)表征  116
      5.2.3.8 力学性能测试  116
      5.2.3.9 复合材料的提取实验  116-117
      5.2.3.10 复合材料的物理及机械性能测试  117-118
  5.3 结果与讨论  118-148
    5.3.1 三元体系力学性能的对比  118-121
      5.3.1.1 纳米SiO_2/PMMA/CE的力学性能  118-119
      5.3.1.2 纳米SiO_2/PST/CE的力学性能  119-120
      5.3.1.3 纳米SiO_2/PAN/CE的力学性能  120-121
    5.3.2 sol-gel SiO_2/PMMA-CE体系的性能表征  121-136
      5.3.2.1 MMA及CE单体聚合反应的诱导期  121-122
      5.3.2.2 MMA及CE单体聚合反应的聚合速率  122-125
      5.3.2.3 MMA及CE聚合反应的活化能  125-126
      5.3.2.4 纳米粒子对引发剂分解反应的影响  126-127
      5.3.2.5 聚合反应动力学  127-129
      5.3.2.6 聚合物的分子量  129-131
      5.3.2.7 复合材料的XRD分析  131-133
      5.3.2.8 剩余物红外光谱分析  133-134
      5.3.2.9 复合材料的DSC分析  134-135
      5.3.2.10 复合材料的TGA分析  135-136
    5.3.3 sol-gel SiO_2/PAN/PMMA/CE的性能  136-148
      5.3.3.1 与PAN/PMMA/CE力学性能的比较  136-138
      5.3.3.2 XRD谱图结果分析  138-139
      5.3.3.3 纳米粒子在复合材料中的分散状态  139-140
      5.3.3.4 提取实验结果分析  140-141
      5.3.3.5 DSC测试结果分析  141-142
      5.3.3.6 TGA测试结果分析  142-144
      5.3.3.7 复合材料中共聚物的分子量  144-145
      5.3.3.8 复合材料的流变性能  145-146
      5.3.3.9 复合材料冲击断面的SEM析  146-147
      5.3.3.10 复合材料的维卡软化点  147-148
  5.4 本章小结  148-150
第六章 结论与创新  150-152
  6.1 结论  150-151
  6.2 创新  151-152
主要参考文献  152-162
博士期间发表的论文及成果  162-164
致谢  164-165

相似论文

  1. 壳聚糖季铵盐金属配合物的热稳定性研究,O634
  2. 氯代甲氧基脂肪酸甲酯的合成及应用研究,TQ414.8
  3. 高性能聚丙烯腈的合成与表征,O631.3
  4. 有序多孔TiO2薄膜的制备及其性能研究,TB383.2
  5. 二羧酸金属有机骨架材料的合成、结构及性质研究,O621.13
  6. 剪切力作用下（类）成骨细胞LEF-1的表达,R783.5
  7. 咪唑类离子液体的热分析研究,O626.23
  8. 无规和间规聚苯乙烯的液液转变,TQ325.2
  9. 聚乙烯醇/聚苯乙烯复合纳米纤维的制备与表征,TQ340.1
  10. PMMA骨水泥在不同粘稠状态下抗肿瘤作用的动物实验研究,R687.3
  11. 室温自交联ABS的结构与性能研究,TQ325.2
  12. PLLA/POSS纳米复合材料的制备及其微观结构性能的研究,R318.08
  13. 高性能聚苯醚/热固性树脂体系的研究,TQ323.5
  14. 多功能Fe3O4/ZnO/SiO2纳米复合材料的制备及性能研究,TB383.1
  15. 高热稳定性明胶软糖的开发和工艺优化,TQ461
  16. 高温动力学方法筛选提高蛋白质热稳定性的突变位点,Q51-33
  17. 中温潜伏固化型环氧树脂基胶粘剂的制备,TQ323.5
  18. 流动状态下ADAMTS13羧基端的功能研究,R341
  19. 苯乙烯—丁二烯（或异戊二烯）嵌段共聚物表面结构形成机理的研究,O631.3
  20. 核电厂二回路管道流动加速腐蚀性能研究,TL334
  21. SiN_x掺杂SbTe相变存储材料研究,TP333

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题
© 2012 www.xueweilunwen.com