三重形状记忆环氧树脂复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-04-29 12:01

  本文关键词：三重形状记忆环氧树脂复合材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的二重形状记忆聚合物(Shape Memory Polymers,SMP)相比,最近被报道的三重形状记忆聚合物在航空航天、生物医疗、纺织等领域具有更好的应用前景。为了实现环氧树脂复合材料的三重形状记忆性能,简化三重形状记忆聚合物的制备工艺,本文采用具有良好通用性和较好二重形状记忆性能的环氧树脂为基体,通过结构设计,制备具有三重形状记忆性能的环氧树脂复合材料,以期扩大环氧树脂复合材料在形状记忆领域的应用范围,并为三重形状记忆环氧树脂复合材料的制备提供新的途径。首先,将环氧树脂与不同比例的纳米二氧化硅和聚乙二醇(PEG)混合,制备具有不同玻璃化转变温度的二氧化硅/环氧树脂复合材料。通过优化工艺,改善纳米二氧化硅在环氧树脂中的分散性。并对复合材料的微观形态、热力学性能,二重形状记忆性能等进行表证。在此基础上,选用制备的不同玻璃化转变温度的二重形状记忆环氧树脂复合材料,通过层合复合,制备三重形状记忆环氧树脂复合材料,并对其三重形状记忆性能进行表证。结果表明,制备的复合材料中,二氧化硅粒子分散性良好;通过改变复合材料的组分,可以调控复合材料的玻璃化转变温度;纳米二氧化硅的加入,可以提高环氧树脂复合材料的双重形状记忆性能;通过层合复合后,制备的双层环氧树脂复合材料具有良好的三重形状记忆性能。其次,为了使三重形状记忆环氧树脂复合材料具有更好的环保性能和生物相容性,采用两种方法制备了聚己内酯(PCL)/环氧树脂复合材料。一是将不同质量的PCL与环氧树脂共混,制备PCL/环氧树脂共混复合材料,二是改变目前三重形状记忆聚合物及复合材料只是聚合物的共混或颗粒填充复合材料的现状,制备了PCL纤维膜/环氧树脂复合材料,探索其具有三重形状记忆性能的可能性。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)对两种PCL/环氧树脂复合材料的微观结构、热机械性能和三重形状记忆性能进行了对比分析,结果显示,两种复合材料在形貌上差别明显,在三重形状记忆性能上差别很大;PCL/环氧树脂共混复合材料的微观相不连续,且不具备三重形状记忆性能;而PCL纤维膜/环氧树脂复合材料中,PCL与环氧树脂形成了贯穿,复合材料具有良好的三重形状记忆性能,但形状固定率有待进一步提高。再次,为了进一步提高PCL纤维膜/环氧树脂三重形状记忆复合材料的形状固定率,以蒙脱土为改性剂,对PCL纤维膜进行改性。利用FE-SEM、透射电子显微镜(TEM)对PCL纤维膜的微观结构进行了观察,确认了PCL纤维膜中蒙脱土的存在。利用改性的PCL纤维膜与环氧树脂复合,制备复合材料,利用DSC和DMA分析材料的热机械性能和三重形状记忆性能。结果表明,在PCL纤维膜中加入适量的蒙脱土可以提高PCL纤维膜/环氧树脂复合材料的三重形状记忆性能,PCL中蒙脱土含量为3 wt%的PCL纤维膜/环氧树脂复合材料的两次热转变最为明显,焓值最大,三重形状记忆性能明显优于不含蒙脱土的PCL纤维膜/环氧树脂复合材料。
【关键词】：纳米二氧化硅 环氧树脂 聚己内酯 纤维膜 复合材料 三重形状记忆效应
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 形状记忆聚合物12-18
• 1.1.1 形状记忆聚合物的分类12-13
• 1.1.2 形状记忆机理13-15
• 1.1.3 形状记忆聚合物应用15-18
• 1.2 环氧树脂18-19
• 1.2.1 环氧树脂概述18-19
• 1.2.2 形状记忆环氧树脂及其复合材料的研究现状19
• 1.3 三重形状记忆聚合物19-21
• 1.4 论文的研究目的和研究内容21-22
• 第2章 二氧化硅/环氧树脂复合材料的制备及其三重形状记忆性能的实现22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验材料及试剂22
• 2.2.2 实验主要设备22-23
• 2.2.3 试样的制备23
• 2.2.4 试样的测试及表征23-25
• 2.2.4.1 扫描电子显微镜观察23
• 2.2.4.2 透射电子显微镜观察23
• 2.2.4.3 拉伸性能测试23-24
• 2.2.4.4 动态热力学性能测试24
• 2.2.4.5 形状记忆性能测试24-25
• 2.3 结果与讨论25-33
• 2.3.1 环氧树脂复合材料的形貌分析25-26
• 2.3.2 环氧树脂复合材料的动态力学性能26-28
• 2.3.3 环氧树脂复合材料的力学性能28-30
• 2.3.4 环氧树脂复合材料的形状记忆性能30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 PCL/环氧树脂复合材料的设计制备及其三重形状记忆性能34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 实验材料及试剂34
• 3.2.2 实验主要设备34-35
• 3.2.3 试样的制备35-36
• 3.2.4 试样的测试及表征36
• 3.2.4.1 扫描电子显微镜观察36
• 3.2.4.2 热力学性能测试36
• 3.2.4.3 形状记忆性能测试36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 PCL纤维膜与PCL/环氧树脂复合材料的形貌分析36-38
• 3.3.2 复合材料的热学性能38-41
• 3.3.3 三重形状记忆性能的中间温度的确立41-43
• 3.3.4 复合材料的三重形状记忆性能43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 改性PCL纤维膜/环氧树脂复合材料的制备及其三重形状记忆性能45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 实验材料及试剂45
• 4.2.2 实验主要设备45-46
• 4.2.3 试样的制备46
• 4.2.4 试样的测试及表征46-47
• 4.2.4.1 扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察46-47
• 4.2.4.2 傅里叶红外光谱测试47
• 4.2.4.3 X射线衍射分析47
• 4.2.4.4 热力学性能测试47
• 4.2.4.5 形状记忆性能测试47
• 4.3 结果与讨论47-55
• 4.3.1 PCL膜与PCL/环氧树脂复合材料的形貌47-49
• 4.3.2 样品的结构分析49-50
• 4.3.3 静电纺纤维膜和PCL纤维膜/环氧树脂复合材料的热力学行为50-53
• 4.3.4 复合材料的三重形状记忆性能53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 结论与建议56-57
• 5.1 结论56
• 5.2 建议56-57
• 参考文献57-62
• 硕士期间发表的与学位论文相关的研究成果62-63
• 致谢63

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