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含羧基侧基聚芳醚酮的合成及其作为大分子固化剂改性环氧树脂的研究

作　者: 刘富华
导　师: 王忠刚
学　校: 大连理工大学
专　业: 高分子材料
关键词: 环氧树脂 含羧基侧基聚芳醚酮 热塑性大分子固化剂 增韧改性 断裂韧性 形貌 热学性能
分类号: TQ323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


环氧树脂由于具有优异的力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、耐热性以及收缩率低、易加工成型等优点而成为应用广泛的基体树脂,但其固化后因交联密度高而存在质脆、耐开裂性及断裂韧性较差等缺点,在很大程度上限制了它在高技术领域的应用。因此,对环氧树脂进行增韧改性的研究具有非常重要的理论价值和现实意义。本文在国内外环氧树脂增韧方法与机理的基础上,将新合成的热塑性含羧基侧基新型聚芳醚酮（PEK-L）直接作为环氧树脂的大分子固化剂来改性双酚A型环氧树脂（DGEBA）。主要的研究内容和结论如下:1.以酚酞啉（PPL）和二氟二苯酮等为原料,按照溶液缩聚的方法合成了含羧基侧基的聚芳醚酮（PEK-L）,并用FTIR、1HNMR、XRD、GPC、DSC及TGA等手段进行了表征。结果表明,PEK-L为无定形聚合物,其数均分子量（Mn）为10095,重均分子量（Mw）为14060,多分散性指数（PDI）为1.39;PEK-L具有十分优异的耐热性和热稳定性,其玻璃化转变温度Tg为228℃,失重5%时的温度达426℃,在700℃时的残碳率高达58%。2.利用非等温差示扫描量热仪（DSC）及傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）对含羧基侧基聚芳醚酮（PEK-L）/环氧树脂改性体系进行了分析测试,探索并证实了其固化的可行性,确定了体系的固化工艺制度:130℃/2h+150℃/2h+180℃/2h,通过研究不同催化剂、不同摩尔比对体系固化反应的影响而确定出合适的催化剂和最佳的PEK-L用量,提出了改性环氧体系的固化反应机理,并分别运用三种方法——Kissinger法、Ozawa法及Isoconversional法对改性环氧体系的固化动力学进行了研究,分别计算出了活化能并进行了分析对比研究。3.研究了PEK-L改性环氧树脂体系的力学性能、热学性能及断面形态,并且与使用普通固化剂——4-甲基-六氢苯酐（MeHHPA）固化的纯环氧体系的相应性能进行了对比。加入PEK-L后,环氧树脂的弯曲模量少许降低,但是弯曲强度明显增加,跟纯环氧树脂相比,最大提高了20%。弯曲断裂应变也显著地增加,最大弯曲断裂应变达到10.03%,比纯环氧树脂提高了283%。当改性环氧体系中羧基与环氧基的摩尔比为1:1时,断裂韧性KIC达到最大值2.53 MN/m3/2,比纯环氧树脂提高了70%;GIC也为最大值1.789 KJ/m2,是纯环氧树脂体系的2.93倍。此外,DSC及TGA测试表明,PEK-L的加入较好地改善了环氧树脂的耐热性和热稳定性。改性环氧体系的玻璃化转变温度及热分解温度均随着PEK-L的含量的增加而升高。最后,通过对纯环氧固化体系及改性环氧固化体系的弯曲断面进行扫描电镜分析（SEM）发现,所有体系均为均相结构。纯环氧树脂固化试样的弯曲断面断口非常尖锐、光滑,呈典型的脆性断裂特征,而改性环氧体系固化试样的弯曲断面断口起伏较大,非常粗糙,断面上有崎岖不平的海岭状、河流状花纹并伴有高度变形及韧性撕裂现象,整个弯曲断面呈韧性断裂。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
引言  11-13
1 绪论  13-34
  1.1 聚芳醚酮简介及其研究进展  13-15
  1.2 环氧树脂概述  15-17
    1.2.1 环氧树脂的发展历史  15-16
    1.2.2 环氧树脂的分类、结构和性能特点  16-17
  1.3 环氧树脂增韧改性研究进展  17-30
    1.3.1 橡胶弹性体增韧环氧树脂  17-18
    1.3.2 热致液晶聚合物增韧环氧树脂  18-20
    1.3.3 互穿聚合物网络增韧环氧树脂  20-21
    1.3.4 核壳结构聚合物增韧环氧树脂  21-22
    1.3.5 纳米粒子增韧环氧树脂  22-24
    1.3.6 热塑性树脂增韧环氧树脂  24-29
    1.3.7 反应性热塑性树脂增韧环氧树脂  29-30
  1.4 选题意义、课题的提出及研究内容  30-34
    1.4.1 选题意义和课题的提出  30-32
    1.4.2 研究内容  32-34
2 含羧基侧基聚芳醚酮(PEK-L)的合成与表征  34-44
  2.1 前言  34-35
  2.2 实验部分  35-37
    2.2.1 主要原材料、实验设备及测试仪器  35-36
    2.2.2 含羧基侧基聚芳醚酮(PEK-L)的合成与表征  36-37
  2.3 结果与讨论  37-43
    2.3.1 PEK-L的FTIR表征  37-38
    2.3.2 PEK-L的~1HNMR表征  38-40
    2.3.3 PEK-L的XRD分析  40
    2.3.4 PEK-L的GPC分析  40-41
    2.3.5 PEK-L的DSC分析  41-42
    2.3.6 PEK-L的TGA分析  42-43
  2.4 本章总结  43-44
3 PEK-L/环氧树脂(DGEBA)体系的固化反应动力学研究  44-65
  3.1 前言  44
  3.2 实验部分  44-46
    3.2.1 试剂与仪器  44-45
    3.2.2 测试与表征  45-46
  3.3 结果与讨论  46-63
    3.3.1 PEK-L与DGEBA固化可行性的研究  46-47
    3.3.2 不同催化剂对PEK-L与DGEBA固化反应的影响  47-48
    3.3.3 不同摩尔比对PEK-L与DGEBA固化反应的影响  48-50
    3.3.4 改性环氧体系PEK-L/DGEBA体系的固化动力学研究  50-59
    3.3.5 改性环氧体系PEK-L/DGEBA体系固化工艺的确定  59-62
    3.3.6 改性环氧体系PEK-L/DGEBA体系固化反应机理的研究  62-63
  3.4 本章总结  63-65
4 含羧基侧基聚芳醚酮(PEK-L)改性环氧树脂(DGEBA)的性能研究  65-88
  4.1 前言  65
  4.2 实验部分  65-68
    4.2.1 实验原材料及测试设备  65-66
    4.2.2 试样制备  66-67
    4.2.3 树脂体系的固化表征  67
    4.2.4 性能测试与表征  67-68
  4.3 结果与讨论  68-86
    4.3.1 纯环氧体系固化剂的选择  68-69
    4.3.2 纯环氧体系固化剂用量的确定  69-70
    4.3.3 树脂体系的固化表征  70-72
    4.3.4 PEK-L用量对环氧树脂弯曲性能的影响  72-76
    4.3.5 PEK-L用量对环氧树脂断裂韧性的影响  76-78
    4.3.6 PEK-L用量对环氧树脂热稳定性的影响  78-82
    4.3.7 PEK-L用量对环氧树脂玻璃化转变温度(T_g)的影响  82-84
    4.3.8 断面形貌的扫描电镜(SEM)分析  84-86
  4.4 本章总结  86-88
结论  88-90
参考文献  90-98
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  98-99
致谢  99-100

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 缩聚类树脂及塑料 > 环氧树脂及塑料
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