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1、環(huán)氧片狀模塑料(ESMC)是在不飽和聚酯樹脂片狀模塑料(SMC)的基礎(chǔ)上研究出來的一種新型模壓料,可應(yīng)用于高強(qiáng)度、高腐蝕、高絕緣部件的生產(chǎn)。而ESMC的增稠體系和固化體系是制約ESMC發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)外的環(huán)氧樹脂存在粘度太大不易浸潤纖維、無法化學(xué)增稠、固化時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),難以滿足模壓工藝要求。因此迫切需要對(duì)環(huán)氧片狀模塑料的增稠體系、固化體系和流變體系進(jìn)行深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,以制備適合模壓工藝生產(chǎn)的環(huán)氧基片狀型模壓材料,拓展模壓制
2、品的使用領(lǐng)域。 針對(duì)ESMC的樹脂體系,本文采用“二步法”合成出了一種粘度較低、可化學(xué)增稠的低分子量環(huán)氧樹脂,并使用Gaussian03量子化學(xué)軟件,采用DFT方法,利用量子化學(xué)中的價(jià)鍵理論和分子軌道理論分析闡釋其合成機(jī)理,揭示其微觀反應(yīng)本質(zhì),為環(huán)氧樹脂的合成提供了理論依據(jù)。 利用MgO和α-甲基丙烯酸混合物、二異氰酸酯預(yù)聚物可與含羥基環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原理,采用控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)物含量的方法來增稠環(huán)氧樹脂。并通過傅
3、立葉紅外光譜和差熱式掃描分析方法對(duì)環(huán)氧樹脂的增稠進(jìn)行了表征,探討了環(huán)氧樹脂的化學(xué)增稠機(jī)理。結(jié)果表明,在MgO和α-甲基丙烯酸混合體系中,α-甲基丙烯酸中的端羧基先與氧化鎂進(jìn)行的一種酸堿成鹽反應(yīng),這種酸堿成鹽反應(yīng)伴隨著大量的放熱,放出的熱量在MgO這種催化劑的影響下又促進(jìn)了α-甲基丙烯酸中的端羧基與環(huán)氧樹脂發(fā)生酯化反應(yīng),進(jìn)而達(dá)到增稠的目的;對(duì)于二異氰酸酯預(yù)聚物體系,在較低溫度(<50℃)的情況下,環(huán)氧樹脂中的羥基與異氰酸酯基反應(yīng)生成氨基甲
4、酸酯結(jié)構(gòu);在溫度超過90℃的情況下異氰酸酯基會(huì)發(fā)生自聚反應(yīng),生成含六元雜環(huán)的異氰脲酸酯;在更高的溫度下(≥210℃)環(huán)氧基與異氰酸酯基反應(yīng)生成含五元雜環(huán)的噁唑烷酮。隨著反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,分子鏈進(jìn)一步擴(kuò)展形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),體系的粘度不斷的增加。 針對(duì)ESMC固化體系,本文將環(huán)氧樹脂液體型快速固化劑包囊在微小的(5-500u)膠囊中,制備出室溫不固化、升溫可快速固化的環(huán)氧樹脂潛伏性微膠囊固化劑。分別通過測(cè)試ESMC體系等溫DSC曲線和升溫D
5、SC曲線,建立了分步等溫動(dòng)力學(xué)理論模型和升溫動(dòng)力學(xué)理論模型。通過等溫模型確立了環(huán)氧片狀模塑料的固化工藝:凝膠溫度(Tgel),固化溫度(Tcure),后處理溫度(Ttreat)。通過升溫模型計(jì)算出了引發(fā)體系溫度和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系,并得到了ESMC固化過程特征溫度參數(shù):峰始溫度(To),峰值溫度(Tp),峰終溫度(Tf)。 本文結(jié)合增稠體系和固化體系,確立了ESMC的片材生產(chǎn)工藝和模壓工藝。ESMC片材制備工藝主要分為四個(gè)步驟:①樹脂
6、糊的制備與上糊;②粗紗的切割與沉降;③粗紗的浸漬與片材收卷;④片材熟化與存放。而ESMC的最佳模壓工藝參數(shù)為:模壓溫度150℃、加壓時(shí)機(jī)15s、模壓時(shí)間15s、保壓時(shí)間30min。 而針對(duì)ESMC的流變特性,本文開展了片材流動(dòng)性、纖維分布和纖維取向研究,其中的關(guān)鍵影響因素主要有纖維含量和長(zhǎng)度、填料的含量和粒徑、模壓溫度、保壓時(shí)間、鋪料面積和閉模速度等。同時(shí)以現(xiàn)有的Hele-shaw模型和滑移擠壓流動(dòng)模型為基準(zhǔn),建立了適合于環(huán)氧片
7、狀模塑料在熱模具中的數(shù)學(xué)流動(dòng)模型和傳熱模型。為ESMC的流動(dòng)特性研究提供了理論依據(jù)。 最后,本文對(duì)ESMC制品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了分析研究。研究表明制品在各流動(dòng)方向上的彎曲強(qiáng)度有很顯著的差別。當(dāng)纖維含量為30%,長(zhǎng)度為24mm;填料含量為150份,粒徑為500目;模壓溫度為150℃,加壓時(shí)機(jī)為15s,合模時(shí)間為15s,保壓時(shí)間30min為時(shí),ESMC綜合力學(xué)性能最佳。而且纖維含量和長(zhǎng)度、填料種類、含量和粒徑對(duì)ESMC的體積電阻、介
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