耐高温环氧树脂的合成与性能研究

发布时间：2017-03-17 17:01

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【摘要】：环氧树脂不仅具有优良的粘结性能、机械性能以及耐腐蚀性能,还具有较低的固化收缩率和介电损耗,可广泛应用在涂料、胶粘剂、复合材料以及浇注成型等各个领域,但也存在韧性差、质脆等缺点。N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯醚(TGDDE)是一种四官能度的环氧树脂,分子结构中含有苯基,具有较高环氧官能度,因此它的固化产物交联密度比较高,具有上述一系列优点。同时,该树脂分子结构中含有醚键,分子柔韧性较好,弥补了质脆这一缺点。TGDDE环氧树脂也可作为碳纤维增强复合材料的基体材料广泛用于航空航天领域,具有良好的发展前景。 本课题以芳香族多胺和环氧氯丙烷为原料,合成了四官能度环氧树脂--TGDDE,并对其性能进行研究探索,主要有以下三部分： 一、TGDDE环氧树脂的合成及工艺优化。 二、TGDDE型环氧胶粘剂的研制与性能研究。 三、TGDDE型环氧胶粘剂与TGDDM型环氧胶粘剂的性能对比和研究。 本实验在以CAT-18和CAT-78作为助剂的基础上,用4,4’-二氨基二苯醚和环氧氯丙烷作为合成原料,分别进行开环和闭环反应,经过萃取、水洗、减压脱挥等后处理步骤,制得了性能优异的TGDDE环氧树脂,并对产品的环氧值、挥发分、粘度等性能进行了测试。本课题研究了原料配比、反应时间、反应温度、滴加碱液时间对实验产生的影响,确定了最佳合成工艺。合成的N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯醚(TGDDE)环氧值为0.79～0.82,产率为88.0%-92.0%,挥发分1%,存储60天的环氧树脂粘度增长了2.0-2.8P。 以增韧剂端羧基丁腈橡胶对TGDDE环氧树脂进行增韧改性,并与固化剂2-乙基-4-甲基咪唑、硅烷偶联剂KH550和KH560混合,制得TGDDE环氧胶粘剂。按照固化工艺固化之后对剪切拉伸强度、凝胶化时间、电学性能以及接触角进行测试,计算环氧胶的表观活化能、表面能和相对介电常数。用DSC对树脂体系的固化行为进行动力学分析,得到环氧胶的反应活化能、反应级数、确定了固化温度。测试得到TGDDE环氧树脂胶粘剂拉伸剪切强度达25.8MPa,活化能为46.8-47.8kJ/mol,相对介电常数为4.1-4.5,表面能为40.0-50.0mJ/m2,表明该树脂具有较好绝缘性能和疏水性能。利用DSC对树脂体系进行动力学分析,得到的活化能Ea为48.5kJ/mol,与通过凝胶化时间测得的活化能相差不大。确定了固化反应的反应级数为0.875,固化反应工艺为“室温→80℃/1h→110℃/1h→125℃/1h→室温”。通过以上测试表明,由TGDDE制备的环氧胶性能优良,具有使用价值。 对TGDDE和TGDDM两种环氧树脂进行配胶,经不同固化工艺进行加热固化,进行性能对比。得到TGDDE型环氧胶和TGDDM型环氧胶的活化能分别35.9kJ/mol和37.6kJ/mol; TGDDE型环氧胶和TGDDM型环氧胶的相对介电常数分别为4.09-4.20,4.28-4.55,表面自由能均为30.0-50.0mJ/m2,吸水率分别为0.88%和0.96%,常温拉伸剪切强度分别为31.74MPa和25.81MPa,测试表明两种胶粘剂均具有良好的性能,且TGDDE环氧胶性能更为优异TGDDE型环氧胶在80℃条件下的拉伸剪切强度达23.158MPa,180℃时为11.652MPa; TGDDM型环氧胶在80℃条件下的拉伸剪切强度达20.135MPa,180℃时为9.812MPa,说明两种胶粘剂具有良好的耐高温性能,且TGDDE型环氧胶的耐高温性能优于TGDDM,从而也说明两种环氧树脂均属于耐高温环氧树脂。
【关键词】：TGDDE环氧树脂 合成工艺 环氧树脂胶粘剂 性能测试
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ323.5
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-30
• 1.1 引言13-14
• 1.2 环氧树脂14-22
• 1.2.1 环氧树脂概述14
• 1.2.2 环氧树脂的分类14-17
• 1.2.3 环氧树脂的发展概况17-18
• 1.2.4 环氧树脂的应用18-20
• 1.2.5 环氧树脂的合成20-22
• 1.3 环氧树脂胶粘剂22-28
• 1.3.1 环氧树脂胶粘剂的概述22-23
• 1.3.2 环氧胶粘剂的分类23
• 1.3.3 环氧树脂胶粘剂的配方组分23-27
• 1.3.4 环氧树脂胶粘剂的应用27-28
• 1.4 TGDDE环氧树脂28-29
• 1.4.1 TGDDE环氧树脂的发展概况28
• 1.4.2 TGDDE环氧树脂的杂质分析28
• 1.4.3 TGDDE环氧树脂的固化动力学研究28-29
• 1.4.4 TGDDE环氧树脂的应用29
• 1.5 本文的研究意义29-30
• 第二章 TGDDE环氧树脂的合成及工艺研究30-43
• 2.1 引言30
• 2.1.1 TGDDE环氧树脂的合成方法30
• 2.1.2 本章研究重点30
• 2.2 合成实验部分30-33
• 2.2.1 实验试剂30-31
• 2.2.2 实验仪器和装置31-32
• 2.2.3 TGDDE的合成工艺32-33
• 2.3 TGDDE环氧树脂的性能研究33-34
• 2.3.1 环氧值33-34
• 2.3.2 挥发分34
• 2.3.3 粘度34
• 2.4 结果与讨论34-42
• 2.4.1 开环反应时间对结果的影响34-36
• 2.4.2 原料配比对反应结果的影响36-37
• 2.4.3 闭环反应温度的确定37-39
• 2.4.4 滴碱时间对结果的影响39-40
• 2.4.5 TGDDE环氧树脂的粘度测试40-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第三章 TGDDE环氧树脂胶粘剂的研制与性能研究43-66
• 3.1 引言43
• 3.2 TGDDE环氧树脂胶粘剂的研制43-44
• 3.2.1 实验原料43
• 3.2.2 实验设备43-44
• 3.2.3 TGDDE环氧树脂胶粘剂的配方与工艺44
• 3.3 TGDDE环氧树脂胶粘剂配方的选择44-47
• 3.3.1 端羧基丁腈橡胶增韧剂44-45
• 3.3.2 2-乙基-4-甲基咪唑固化剂45-46
• 3.3.3 偶联剂46-47
• 3.4 TGDDE环氧树脂胶粘剂的性能研究47-50
• 3.4.1 拉伸剪切强度研究47-48
• 3.4.2 凝胶化时间研究48
• 3.4.3 电学性能研究48-49
• 3.4.4 接触角研究49-50
• 3.5 结果与讨论50-60
• 3.5.1 配方一：端羧基丁腈橡胶的用量对实验结果的影响50-53
• 3.5.2 配方二：硅烷偶联剂对实验结果的影响53-60
• 3.6 树脂体系动态DSC固化行为的动力学分析60-65
• 3.6.1 环氧胶固化体系固化特征温度表征60-62
• 3.6.2 固化反应活化能62-63
• 3.6.3 反应级数63-64
• 3.6.4 频率因子和反应速率常数64
• 3.6.5 固化温度的确定64-65
• 3.7 小结65-66
• 第四章 TGDDE与TGDDM两种环氧树脂的性能对比研究66-84
• 4.1 引言66
• 4.2 实验原料及设备66-67
• 4.2.1 实验原料66-67
• 4.2.2 实验设备67
• 4.3 实验方法67-68
• 4.3.1 环氧胶粘剂的制备67-68
• 4.4 结果与讨论68-82
• 4.4.1 两种胶粘剂的凝胶化时间和表观活化能测试68-69
• 4.4.2 两种胶粘剂粘度跟踪测试69-72
• 4.4.3 两种胶粘剂电性能测试72-76
• 4.4.4 两种胶粘剂的接触角和表面能测试76-77
• 4.4.5 两种胶粘剂吸水率对比测试77-79
• 4.4.6 两种胶粘剂拉伸强度测试79-82
• 4.5 本章小结82-84
• 第五章 总结84-86
• 参考文献86-94
• 在读期间申请的中国发明专利94-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：253157