香豆素基生物网络的构建及其在环氧树脂增韧中的应用研究

发布时间：2020-05-19 22:30

【摘要】：环氧树脂以其优异的工程性能而闻名,如良好的机械性能、稳定的耐化学性、优异的粘附性和相对较低的固化收缩率。然而,环氧树脂由于抗冲击性能差在一定程度上限制了其在高性能树脂基复合材料领域的应用,因此对环氧树脂增韧显得尤为重要。本论文以生物原料氢化香豆素(DHC)和环氧化物来交替共聚,通过结构设计,巧妙地制备了DHC/PEGDE(聚乙二醇二缩水甘油醚)、DHC/PEGDE/BGE(正丁基缩水甘油醚)、DHC/PEGDE/GPE(苯基缩水甘油醚)生物网络聚合物,然后分别混溶于环氧树脂体系形成双网络结构对其增韧改性。结果表明所制备的改性环氧树脂均展示了良好的热性能和优异的力学性能。本研究首次通过设计生物基网络与环氧树脂形成双网络结构来增韧环氧树脂,该方法改善环氧树脂韧性的同时不损害其强度,为制备高性能环氧树脂提供了一个重要方法。本论文的主要内容为:(1)基于DHC和环氧化物在铬络合物和氯化铵复合物的条件下交替共聚形成聚合物,制备了一系列的DHC基生物网络聚合物并进行表征。GPC测试结果表明,DHC/PEGDE、DHC/PEGDE/BGE的分子量在反应前期增加迅速,随后,分子量增长放缓,至反应后期生物基网络已显著固化交联,已经无法有效地溶解。DHC/PEGDE、DHC/PEGDE/BGE、DHC/PEGDE/GPE基生物网络的分子结构被~1H-NMR和FTIR分别证实。通过DSC、TG热力学的测试,DHC基生物网络具有较低的玻璃化转变温度和较高的热分解温度,具有良好的热性能。(2)将DHC/PEGDE生物基网络(DHC-net)混溶于环氧树脂(EP)体系中形成双网络聚合物,通过DHC/PEGDE生物基网络实现应力的传递和对外界冲击能量的吸收,显著提高环氧树脂的韧性和强度。DSC、DMA和TG结果显示EP/DHC-net体系具有单一玻璃化转变温度,说明两者具有良好的相容性。改性后的环氧树脂同样展现出优异的力学性能,最大抗冲击强度达到37.2 KJ/m~2比纯EP增大约一倍,拉伸强度也由58 MPa增大到64 MPa。其断裂伸长率由5.25%增大到19.2%。(3)基于DHC/PEGDE生物基网络,加入正丁基缩水甘油醚(BGE)制备DHC/PEGDE/BGE生物基网络(DHC-N),然后混溶于环氧树脂体系中形成双网络聚合物(D-N)。力学性能测试表明:当DHC-N含量20 wt%时有最大的抗冲击强度31.5 KJ/m~2,远大于纯EP的15 KJ/m~2,同时拉伸强度也由58 MPa增大至72.8 MPa。同时通过热力学性能考察,发现DHC-N改性环氧树脂呈现更高的玻璃化转变温度和更强的拉伸强度,说明加入BGE对原有的DHC/PEGDE生物网络增韧环氧树脂起到进一步的增强作用。(4)考察不同比例的PEGDE与BGE形成的DHC/PEGDE/BGE生物基网络及DHC/PEGDE/GPE生物网络对环氧树脂力学性能的影响,我们分别进行了对比。结果表明PEGDE和BGE的比例为0.2:0.6时形成的生物基网络,对环氧树脂有最好的增韧增强效果。同时在研究DHC/PEGDE/GPE生物网络对环氧树脂力学性能的影响时,发现生物基网络含量低于10 wt%,对环氧树脂起到增韧增强作用;但生物基网络含量高于10 wt%,则表现较差的力学性能,因为分子链中含有大量苯环结构导致改性环氧树脂更加易脆,易断裂。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.5

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本文编号：2671582