马来酸酐共聚增韧透明复合材料的制备与性能

发布时间：2020-09-01 10:27

　　近几年轻质透明复合材料作为一种新型的复合材料,以其卓越的性能被人们逐渐接受,成为较好的功能材料之一,被广泛应用在各个领域,如农业、建筑、光学仪器等,但对于透明性能有更高要求的汽车玻璃、高速列车车窗、飞机侧机窗以及飞机挡风玻璃等应用时,由于透明复合材料其机械性能尤其是力学强度和冲击韧性较差,影响了其应用前景。因此研究一种线膨胀系数低、良好断裂韧性和抗冲击性的透明复合材料具有重大意义。不饱和聚酯树脂(UPR)具有良好的热稳定性、机械刚性,但由于不饱和聚酯树脂本身韧性不足、收缩率大等缺陷限制了其广泛应用。本文将不饱和聚酯树脂作为基体与无碱玻璃纤维布作为增强相,制备了一种高柔韧高透明的复合材料,通过对不饱和聚酯树脂进行一系列的增韧增强改性,在一定程度上改善了透明复合材料存在的问题。本论文在不饱和树脂中加入马来酸酐(MAH),以马来酸酐和苯乙烯作为共聚交联单体对不饱和聚酯树脂增韧改性,马来酸酐可与苯乙烯发生共聚反应,生成马来酸酐-苯乙烯无规共聚物,使树脂中交联点之间的链段长度增大,交联点密度相对降低,树脂固化后产品的脆性变小,实现了树脂柔韧性增强的目的。结果表明,当马来酸酐添加量占树脂中苯乙烯质量的12%时,固化后浇铸体的冲击性能和断裂伸长率得到显著提高,拉伸强度及弯曲强度下降较少。通过甲基丙烯酸丁酯(BMA)、丙烯酸丁酯(BA)分别对不饱和聚酯树脂进行增韧改性提高UPR的抗冲击性和断裂韧性,探究了二者与不饱和聚酯树脂以不同质量比例混合后对各个体系混合现象、凝胶时间、固化后浇铸体力学性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸丁酯/不饱和聚酯树脂混合体系以6:100质量比时,丙烯酸丁酯/不饱和聚酯树脂混合体系以10:100时,浇铸体的抗冲击性和断裂伸长率较好。使用玻璃纤维布作为增强材料,制备透明的树脂基复合材料,由于树脂基体与玻璃纤维布两者之间折射率存在差值,光线通过两相界面时会发生散射、折射等现象,导致制备的复合材料的透明性达不到实际需求。因此选择甲基丙烯酸甲酯(MMA)来调节不饱和聚酯树脂的折射率,使其折射率能够与玻璃纤维布折射率差值减小,更加匹配,进一步提高复合材料透明性。结果表明:当MMA含量占树脂质量的14%时,树脂折射率与玻璃纤维布折射率差值小于0.01,此时的透光率达到最高值94.9%。在不影响复合材料柔韧性的同时,我们研究在12wt%MAH/UPR中添加不同比例MMA的透光率,可知,随着MMA添加量增多,透光率增加,10wt%MMA拥有最好的透光率93.9%。证明了此时混合比例韧性和透明性均得到明显提升。最终制备了一种兼具有高柔韧性且高光学透明性的复合材料。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

不饱和聚酯树脂,固化过程

图 1-1 不饱和聚酯树脂（UPR）的固化过程图要的热固性聚合物之一，不饱和聚酯树脂（UPR）是应用最之一，因其优异的机械性能、透明度、低成本、室温固化湿性等优点，不饱和聚酯树脂受到广泛关注，广泛应用于料、涂料等制造产品中。不幸的是，通用型 UPR 与交联单点密度使他们在固化后样品存在以下缺点：第一、脆性大性能较差；第二、固化后浇铸体样品的收缩率比较大，这约了其应用范围。因此，为了改善不饱和聚酯树脂浇铸体足，一些研究人员就开始考虑对不饱和聚酯树脂进行增韧，因此提高 UPR 的柔韧性、力学性能一直都是国内外目前出了几种市场上应用比较普遍的不饱和聚酯树脂的外观、表 1-2 常见的不饱和聚酯性能指标

SEM图,添加量,复合材料,断面

应力分散现象。从（b）中看出，断裂面出现了大量不规则的细小裂纹，表面不再光滑，说明在收到外界冲击作用时，吸收了大量的能量，裂纹数目越多，其增韧效果越好。（c）中的裂纹很少且较为单一，呈直线型分布，没有表现出应力分散的现象，有很明显的脆性断裂特征。其结果与力学性能测试结果一致。(a)(b)

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30(c)8% massfractionof BMAaddition同 BMA 添加量 BMA/UPR 的复合材料断面 SEM 图固化样条冲击断面的微观形貌改性 UPR 的冲击断面 SEM 照片，其中图 2-6（a）为 10wt%BA 改性后的 UPR，图 2-6（c）为 16wt%可以看出，与未改性的 UPR 相比，加入 BA 后的样t%BA 增韧效果更加明显。图 2（a）的冲击断裂形形貌光滑平整，无明显的银纹出现。从（b）中看的细小裂纹，表面不再光滑，高低不平，说明在大量的银纹和裂纹，吸收了大量的能量，裂纹数c）中的裂纹很少且较为单一，呈直线型分布，有很与力学性能测试结果一致。

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