硼酚醛树脂对环氧树脂的改性及其复合材料研究

发布时间：2017-09-22 07:49

  本文关键词：硼酚醛树脂对环氧树脂的改性及其复合材料研究

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【摘要】：环氧树脂(EP)具有优异的粘接性能、力学性能、化学稳定性、介电性能,以及体积收缩率低、加工工艺性能好、成本较低等优点,广泛应用于粘接剂、涂料、机械、建筑、电气绝缘材料等领域。但固化后的环氧树脂交联密度较高,导致制品质脆,韧性较低,耐热性较差,不能满足工程技术对高性能材料的要求。为此,有必要对环氧树脂进行改性,使其具有更好的综合性能。本文以环氧树脂E51和硼酚醛树脂为原料,制成BPF/EP配方为质量比为1#、2#、3#、4#的四种样品,并制备了浇注体。研究了改性树脂基体的凝胶特性和粘度特性,并通过线性拟合计算出反应活化能和流动活化能。对改性环氧树脂的环氧值及其固化物的氧指数和冲击强度进行了测试,并探讨了BPF的含量对各性能的影响。采用平板小刀法测定了BPF/EP树脂体系的凝胶特性,并且计算了各改性环氧树脂的表观活化能,结果表明,随着BPF树脂含量的增加,BPF/EP树脂的活化能呈现不同幅度的下降,从配方1#到配方4#的活化能分别为81.6kJ/mol、75.2 kJ/mol、70.3kJ/mol和67.7 kJ/mol;树脂体系的动态粘度—温度曲线呈U型分布,不同组分的低粘度平台的粘度随着BPF的含量增加而增大,低粘度平台对应的温度范围也在减小且有向高温移动的趋势。随着BPF用量增大,改性树脂体系的流动活化能增加;对BPF/EP树脂的热稳定行进行了分析,发现BPF的加入使各共混树脂的残炭率均得到不同程度的提高,且随着BPF含量不断增加,其残炭率不断提高。在800℃氮气中,配方4#树脂体系的残炭率最高,达到38.25%,改性树脂体系的耐烧蚀性能明显改善。采用非等温差示扫描量热法(DSC)对改性环氧树脂体系进行了固化动力学研究。采用Starink方程、Kissinger方程和Crane方程联合来计算表观活化能Ea、指前因子A0以及反应级数n,推导出各配方的固化动力学方程。实验发现,随着BPF树脂含量增加,树脂的表观活化能不断降低,根据T~β曲线外推法得到了各自的固化工艺参数。采用热重分析法(TGA)对改性环氧树脂的热分解动力学进行了研究。采用Boswell方程、Starink方程、Kissinger方程和Crane方程联合计算表观活化能Ea,指前因子A0以及反应级数n,推导出各配方的分解动力学方程,为BPF/EP体系高温下的分解反应研究提供了理论依据。通过层压成型制备了BPF/EP/玻纤复合材料对其相对密度、树脂基体含量等基本物理性能进行测试,得出所制备的复合材料板的密度在1700~1900kg/m3范围内,树脂含量在30%左右。同时对其进行了冲击性能和弯曲性能测试,测试结果显示配方1#树脂体系的冲击强度最大,性能最佳。随着BPF树脂含量的增加,冲击强度呈下降趋势。弯曲强度随着BPF树脂用量的增加呈先降低后增加的趋势。
【关键词】：环氧树脂 硼酚醛树脂 改性 凝胶特性 固化动力学 热分解动力学 复合材料
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.5;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 环氧树脂（EP）11-14
• 1.1.1 环氧树脂的定义11
• 1.1.2 环氧树脂的分类及结构特征11-12
• 1.1.3 环氧树脂的性能特点12-13
• 1.1.4 环氧树脂的应用13-14
• 1.2 环氧树脂的改性14-18
• 1.2.1 橡胶弹性体增韧改性环氧树脂14-15
• 1.2.2 热塑性树脂增韧改性环氧树脂15-16
• 1.2.3 无机刚性粒子增韧改性环氧树脂16-17
• 1.2.4 热致液晶聚合物增韧改性环氧树脂17
• 1.2.5 核壳结构聚合物粒子增韧改性环氧树脂17-18
• 1.2.6 互穿聚合物网络（IPN）增韧改性环氧树脂18
• 1.3 硼酚醛树脂（BPF）18-20
• 1.3.1 硼酚醛树脂的特性19
• 1.3.2 硼酚醛树脂的制备方法19-20
• 1.4 课题的研究背景、主要工作及意义20-21
• 1.5 论文主要创新点21-22
• 第二章 硼酚醛树脂改性环氧树脂22-43
• 2.1 前言22
• 2.2 实验部分22-26
• 2.2.1 实验原料22-23
• 2.2.2 实验设备23
• 2.2.3 BPF改性环氧树脂浇注体的制备23-24
• 2.2.4 性能测试与表征24-26
• 2.3 结果与讨论26-41
• 2.3.1 BPF改性环氧树脂的凝胶特性26-31
• 2.3.2 BPF改性环氧树脂的粘度特性31-35
• 2.3.3 红外光谱表征35
• 2.3.4 BPF改性环氧树脂的固化工艺参数35-38
• 2.3.5 BPF改性环氧树脂固化物的冲击强度38-39
• 2.3.6 BPF改性环氧树脂固化物的阻燃性39-40
• 2.3.7 BPF改性环氧树脂的热稳定性分析40-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 硼酚醛树脂改性环氧树脂的固化反应动力学研究43-53
• 3.1 前言43
• 3.2 实验部分43-44
• 3.2.1 实验原料及设备43-44
• 3.2.2 改性树脂体系制备44
• 3.2.3 改性环氧树脂的DSC测试44
• 3.3 结果与讨论44-52
• 3.3.1 反应机理44-46
• 3.3.2 BPF改性环氧树脂固化动力学46-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 硼酚醛树脂改性环氧树脂的热分解动力学研究53-74
• 4.1 前言53
• 4.2 实验部分53-54
• 4.2.1 实验原料与设备53
• 4.2.2 BPF改性环氧树脂固化物的制备53-54
• 4.2.3 BPF改性环氧树脂的TG测试54
• 4.3 结果与讨论54-72
• 4.3.1 配方1#树脂体系热分解动力学研究54-60
• 4.3.2 配方2#树脂体系热分解动力研究60-64
• 4.3.3 配方3#树脂体系热分解动力学研究64-68
• 4.3.4 配方4#树脂体系热分解动力学研究68-72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 硼酚醛树脂/环氧树脂复合材料的制备与性能研究74-82
• 5.1 前言74
• 5.2 实验部分74-78
• 5.2.1 主要实验原料74-75
• 5.2.2 主要设备75
• 5.2.3 预浸料和BPF/EP/玻纤复合材料的制备75-76
• 5.2.4 性能测试与表征76-78
• 5.3 结果与讨论78-81
• 5.3.1 BPF/EP体系的溶解性78-79
• 5.3.2 BPF/EP体系的挥发分含量79
• 5.3.3 BPF/EP/玻纤复合材料的相对密度79
• 5.3.4 BPF/EP/玻纤复合材料树脂含量79-80
• 5.3.5 BPF/EP/玻纤复合材料的冲击强度80
• 5.3.6 BPF/EP/玻纤复合材料的弯曲强度80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 结论82-84
• 参考文献84-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

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本文编号：899631