前线聚合法快速制备环氧树脂纳米复合材料

发布时间：2017-10-04 02:28

  本文关键词：前线聚合法快速制备环氧树脂纳米复合材料

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【摘要】：前线聚合是一种以自身反应放热为推动力,通过反应区域连续移动,最终实现将单体全部转化为聚合物的聚合方法。前线聚合具有简捷、快速和节能、环保的优点,是一种可用于材料快速成型制备的新技术,目前已在乙烯基聚合物材料的制备领域获得了广泛应用。尽管前线聚合技术在热固性树脂领域已有一些初步研究,但主要集中于下行前线聚合的基础研究。考虑到水平前线聚合方式更具有实际应用意义,本文采用紫外光引发技术,对比研究了环氧树脂的下行/水平前线聚合行为,并着重研究了光引发水平前线聚合技术在制备环氧树脂基有机-无机纳米复合材料领域的应用。具体研究内容如下:(1)通过紫外光引发对比研究了下行前线聚合(dFP)和水平前线聚合(hFP)的前线行为。结果表明,下行前线聚合和水平前线聚合的前线速率和最高温度均随着热引发剂用量的增加而增加;水平前线聚合的前线速率比下行前线聚合的前线速率要大,但最高温度却比下行前线聚合的要低;FTIR、DSC、TG和DMA测试表明,前线聚合固化物具有很高的固化程度和优良的热稳定性。首次在水平前线聚合过程中观察到恒定的推动角现象,并且推动角的大小随着热引发剂浓度的增大也变大。(2)利用前线聚合法快速制备了SiO2/EP纳米复合材料,系统研究了纳米填料的添加对前线行为(引发时间、最高温度、前线速率)的影响规律,并采用傅里叶红外光谱、TG、SEM等手段对复合材料固化物的结构和性能进行了表征。结果表明,对于表面接枝改性纳米SiO2和未改性的气相SiO2,采用光引发或热引发前线聚合时,随着纳米填料含量的增加,前线聚合的引发时间变长,推动速率变慢,最高温度降低。在相同填料含量下光引发前线聚合要比热引发前线聚合引发时间短,推动速率快,最高温度要高。FTIR和TG分析表明,利用前线聚合技术制备的纳米SiO2/EP复合材料具有很高的固化程度和较好的热稳定性。冲击试验和SEM分析表明,添加改性SiO2对环氧树脂具有明显的增韧作用,复合材料的冲击强度随着填料添加量的增大而增大;而添加未改性的气相SiO2时,对复合材料冲击强度的提高作用很小,甚至会降低其冲击强度。对比分析研究结果表明,改性SiO2比气相SiO2对环氧树脂基体具有更好的增韧效果。(3)利用光引发下行和水平前线聚合制备了纳米BaTiO3/EP复合材料,研究了不同BaTiO3含量对前线聚合行为的影响,通过FTIR、TG、SEM等手段对固化产物进行了表征,并对比研究了光引发前线聚合得到的复合材料和传统热固化得到的复合材料的冲击性能。结果表明,纳米BaTiO3用量对光引发下行和水平前线聚合行为影响相同,即随着纳米BaTiO3填料含量的增加,前线聚合引发时间变长,推动速率变慢,定点最高温度降低。FTIR测试结果表明,环氧基团基本参与了固化反应。TG表明纳米BaTiO3的加入提高了环氧树脂固化物的热稳定性。纳米BaTiO3/EP复合材料的冲击强度随着BaTiO3含量的增加而逐步增加,前线聚合得到的复合材料的冲击强度比传统热固化得到的复合材料的冲击强度大。冲击断面的微观形貌表明光引发前线聚合制备的复合材料,纳米粒子分散均匀,基本无团聚,而传统固化工艺得到的复合材料,纳米粒子有团聚现象,说明光引发前线聚合是一种节能的快速制备材料新技术,而且有效地解决了纳米粒子团聚现象,具有重要的理论意义和实际应用价值。
【关键词】：水平前线聚合 环氧树脂 复合材料 紫外光引发 推动速率
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 纳米粒子改性环氧树脂（EP）的研究现状11-14
• 1.2.1 二氧化硅/环氧树脂 （SiO_2/EP） 纳米复合材料12
• 1.2.2 二氧化钛/环氧树脂（TiO_2/EP）纳米复合材料12-13
• 1.2.3 氧化铝/环氧树脂（Al_2O_3 /EP） 纳米复合材料13
• 1.2.4 层状硅酸盐/环氧树脂（MMT/EP） 纳米复合材料13
• 1.2.5 钛酸钡/环氧树脂（BaTiO_3/EP） 纳米复合材料13-14
• 1.3 前线聚合的研究概况14-18
• 1.3.1 前线聚合的类别14-15
• 1.3.2 前线聚合的影响因素15-17
• 1.3.3 环氧前线聚合的研究进展17-18
• 1.4 本论文的研究目的和主要研究内容18-20
• 第2章 紫外光引发下行/水平前线聚合快速固化环氧树脂20-35
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-22
• 2.2.1 实验材料21
• 2.2.2 聚合工艺21-22
• 2.3 测试与表征22-23
• 2.4 结果与讨论23-34
• 2.4.1 紫外光引发的前线聚合机理23-24
• 2.4.2 下行前线聚合行为及其固化物性能24-29
• 2.4.2.1 引发剂含量对前线聚合速率和最高温度的影响24-26
• 2.4.2.2 固化产物的红外光谱分析26-28
• 2.4.2.3 dFP固化产物的热性能分析28-29
• 2.4.3 水平前线聚合行为及其固化物性能29-33
• 2.4.4 下行前线聚合/水平前线聚合的前线行为的比较33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 前线聚合法快速制备纳米SiO_2/环氧树脂复合材料35-52
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-40
• 3.2.1 实验材料36
• 3.2.2“点击化学”法改性纳米SiO_236-37
• 3.2.3 聚合工艺37-38
• 3.2.4 测试与表征38-40
• 3.3 结果与讨论40-51
• 3.3.1 纳米SiO_2含量对下行前线聚合（dFP）行为的影响40-43
• 3.3.2 纳米SiO_2含量对水平前线聚合（hFP）行为的影响43-45
• 3.3.3 红外谱图分析45-47
• 3.3.4 热重分析47-48
• 3.3.5 固化物的冲击性能48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 光引发前线聚合法制备纳米BaTiO_3/环氧复合材料52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-55
• 4.2.1 实验材料53
• 4.2.2 聚合工艺53-54
• 4.2.3 测试与表征54-55
• 4.3 结果与讨论55-62
• 4.3.1 纳米BaTiO_3含量对光引发下行前线聚合（dFP）行为的影响55-56
• 4.3.2 纳米BaTiO_3含量对水平前线聚合（hFP）行为的影响56-58
• 4.3.3 红外光谱分析58-59
• 4.3.4 固化产物的热性能表征59-60
• 4.3.5 纳米BaTiO_3/EP复合材料的耐冲击性能60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 结论64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士期间发表论文71-72
• 致谢72-73

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