形状记忆环氧树脂及其复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-03-21 03:00

  本文关键词：形状记忆环氧树脂及其复合材料的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：形状记忆聚合物作为一种新兴智能材料,在航空航天、生物医疗、家居服饰等领域有巨大的应用前景。本文针对形状记忆环氧树脂耐热性能差、力学性能差的缺点,采用二次固化技术,通过加入高温潜伏性固化剂,使形状记忆材料在完成形状记忆功能后,再次对其进行二次固化,以提高其固化度,从而提高其耐热性能、力学性能,并利用非等温DSC法对其进行固化动力学研究。针对环氧树脂韧性差的缺点,利用聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)对其进行增韧,分别利用短切碳纤维、纤维布进行增强,旨在制备出力学性能高、形状记忆性能好的形状记忆环氧树脂(SMEP)。制备了一系列不同固化度的SME P。通过动态力学分析(DMA)研究了不同固化体系储能模量随温度的变化关系,计算了各个体系的交联度,分析了存在形状记忆效应的固化度条件。研究了温度对形状回复性能的影响、固化度对SMEP性能的影响。实验结果表明：固化度为70%的时候综合性能较好,形状回复温度为62℃,试样回复75。仅需101 s,形状固定率和形状回复率均在95%以上,试样的有效折叠次数为20次左右。通过加入高温潜伏性固化剂双氰胺(DICY)实现SMEP的二次固化。非等温DSC测试结果显示：E51/593/DICY体系固化反应DSC曲线有两个独立的固化放热峰,两个峰的峰值温度相差105℃,说明固化反应分两步进行,证明二次固化技术具有可行性。DMA测试表明：加入DICY后,材料依然具有很好形状记忆效应,各体系的形状固定率和形状回复率均在90%以上。各体系在高温二次固化后,SMEP的交联密度、拉伸强度、冲击强度、Tg均得到提高。利用Kissinger方程、Ozawa方程、Crane方程计算了各个固化反应体系的固化动力学参数,推导了各个体系的固化动力学方程和固化工艺,得出最佳固化条件。FT-IR红外分析表明：加入DICY的SMEP体系在高温固化后,环氧基团转化率由71%提高到95%,符合预期反应,验证了固化工艺的合理性。采用低分子量脂肪族环氧树脂PPGDGE对形状记忆环氧树脂进行增韧。测试结果表明：PPGDGE加入9phr时,材料的形状记忆性能和力学性能最好。扫描电镜表明增韧试样由增韧前的脆性断裂变为增韧后的韧性断裂。制各了纤维增强型环氧树脂形状记忆复合材料。结果表明：短切碳纤维并不能提高复合材料的力学强度,且由于碳纤维阻碍链段运动导致体系形状记忆性能也有所下降；单向碳纤维布能有效的提高形状记忆环氧树脂的力学性能、形状回复率、形状回复速率,但形状固定率有所下降。
【关键词】：形状记忆聚合物 环氧树脂 二次固化 固化动力学 碳纤维
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.5;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-29
• 1.1 引言16
• 1.2 形状记忆聚合物16-21
• 1.2.1 形状记忆聚合物概述16-17
• 1.2.2 形状记忆聚合物形状记忆机理17-18
• 1.2.3 形状记忆聚合物的应用18-20
• 1.2.4 形状记忆聚合物研究现状20-21
• 1.3 形状记忆环氧树脂21-26
• 1.3.1 形状记忆环氧树脂国内外研究概况21-24
• 1.3.2 形状记忆环氧树脂增韧改性研究现状24
• 1.3.3 形状记忆环氧树脂复合材料的研究现状24-26
• 1.4 形状记忆环氧树脂的二次固化技术26-27
• 1.4.1 形状记忆材料存在的问题26
• 1.4.2 二次固化技术的提出及意义26-27
• 1.5 本论文的研究目的、意义和内容27-29
• 1.5.1 本论文的研究目的、意义27
• 1.5.2 本论文研究内容27-28
• 1.5.3 创新之处28-29
• 第二章 可二次固化形状记忆环氧树脂的制备与性能研究29-55
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-35
• 2.2.1 实验原料29-30
• 2.2.2 实验仪器30
• 2.2.3 实验方法30-35
• 2.3 性能测试与表征35-37
• 2.3.1 差示扫描量热分析35
• 2.3.2 动态力学分析35
• 2.3.3 傅里叶变换红外光谱35
• 2.3.4 扫描电镜分析35
• 2.3.5 力学性能测试35-36
• 2.3.6 形状记忆性能测试36-37
• 2.4 测试结果与分析37-53
• 2.4.1 不同固化体系的性能研究37-44
• 2.4.2 固化剂的选择及二次固化可行性研究44-45
• 2.4.3 DMA动态力学分析和交联密度的计算45-47
• 2.4.4 力学性能分析47-48
• 2.4.5 形状记忆性能分析48-53
• 2.5 本章小结53-55
• 第三章 形状记忆环氧树脂固化动力学研究55-68
• 3.1 形状记忆环氧树脂固化动力学研究方法55-56
• 3.2 形状记忆环氧树脂固化动力学研究56-60
• 3.2.1 固化体系表观活化能的计算56-59
• 3.2.2 不同固化体系动力学方程的确定59
• 3.2.3 固化反应速率常数59-60
• 3.3 不同体系固化工艺的确定60-63
• 3.3.1 E51/593与E51/DICY体系固化工艺的确定61-62
• 3.3.2 E51/593/DICY体系固化工艺的确定62-63
• 3.4 固化反应体系FT-IR分析63-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 形状记忆环氧树脂增韧体系的研究68-79
• 4.1 引言68
• 4.2 实验部分68-69
• 4.2.1 实验原料68
• 4.2.2 实验仪器68
• 4.2.3 实验方法68-69
• 4.3 结果与讨论69-77
• 4.3.1 断面SEM扫描电镜分析69-70
• 4.3.2 FT-IR傅立叶红外固化度分析70-71
• 4.3.3 DMA动态力学分析与交联密度的计算71-72
• 4.3.4 DSC热性能分析72
• 4.3.5 力学性能分析72-74
• 4.3.6 形状记忆性能分析74-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 碳纤维增强形状记忆环氧树脂复合材料制备与性能研究79-88
• 5.1 引言79
• 5.2 实验部分79-81
• 5.2.1 实验原料79
• 5.2.2 实验仪器79-80
• 5.2.3 实验方法80-81
• 5.3 性能测试与表征81
• 5.4 短切碳纤维增强SMEP复合材料的性能分析81-85
• 5.4.1 FT-IR分析82
• 5.4.2 SEM扫描电镜分析82
• 5.4.3 短切碳纤维增强SMEP复合材料的拉伸断面分析82-83
• 5.4.4 短切碳纤维增强SMEP复合材料的力学性能83-84
• 5.4.5 短切碳纤维增强SMEP复合材料的形状记忆性能84-85
• 5.5 单向纤维布增强SMEP复合材料的性能分析85-87
• 5.5.1 纤维布增强SMEP复合材料的SEM85
• 5.5.2 纤维布增强SMEP复合材料的力学性能及形状记忆性能85-86
• 5.5.3 纤维布增强SMEP复合材料的形状回复速率86
• 5.5.4 各体系性能对比86-87
• 5.6 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-97
• 攻读学位期间发表的论文97-99
• 致谢99

【参考文献】

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本文编号：258878