氰酸酯樹脂基體改性及其復(fù)合材料的研究.pdf

1、樹脂基復(fù)合材料不僅在軍事、航空航天等領(lǐng)域具有越來越重要的地位，在民用領(lǐng)域也顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。作為一種20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的優(yōu)異熱固性樹脂，氰酸酯樹脂(CE)是目前樹脂基復(fù)合材料研究領(lǐng)域的重點和熱點基體材料之一。CE樹脂單體的化學(xué)特性與固化樹脂結(jié)構(gòu)/性能關(guān)系的獨特性，賦予CE樹脂優(yōu)異的綜合性能，表現(xiàn)出力學(xué)性能優(yōu)、耐熱性高、介電性能優(yōu)、吸水率低的優(yōu)點，在樹脂基復(fù)合材料、膠粘劑、電子封裝、絕緣功能材料等領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用潛力。但像其它

2、的熱固性樹脂一樣，氰酸酯樹脂普遍存在脆的弱點，限制了其應(yīng)用，同時，目前關(guān)于這類性能優(yōu)異的樹脂基體的研究都集中在雙酚A型氰酸酯樹脂上。鑒于此，本文從如下幾個方面對氰酸酯樹脂類基體及其復(fù)合材料進行了研究。 1)采用常見熱固性環(huán)氧樹脂E51對雙環(huán)戊二烯型氰酸酯樹脂進行共聚，制備了雙環(huán)戊二烯型氰酸酯樹脂/環(huán)氧樹脂共聚物，對共聚體系的固化機理及固化反應(yīng)動力學(xué)、熱降解反應(yīng)機理及動力學(xué)、固化樹脂的性能以及纖維增強樹脂基復(fù)合材料進行了系統(tǒng)研究。

3、研究表明，環(huán)氧樹脂E51從兩個方面對DCPDCE的固化產(chǎn)生影響，即催化作用和稀釋作用。一方面，在低溫階段作為DCPDCE三聚成環(huán)的催化劑，而在高溫階段與生成的三嗪環(huán)發(fā)生反應(yīng)生成五元嗯唑啉酮環(huán)，改變體系的結(jié)構(gòu)。另一方面，當(dāng)E51用量較大時，在反應(yīng)過程中E51 對 DCPDCE三聚成環(huán)的催化作用不如稀釋作用明顯，對體系起始階段的反應(yīng)幾乎沒有宏觀的催化效果；通過對DCPDCE/E51體系固化反應(yīng)動力學(xué)的研究，計算得到了純DCPDCE樹脂和DC

4、PDCE/E51共聚物的動力學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，E51對DCPDCE固化反應(yīng)活化的影響不大；E51能有效地改善DCPDCE樹脂地力學(xué)性能，當(dāng)E51用量為5wt％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時得到地改善最為明顯，沖擊強度和彎曲強度分別提高29.7％和38.4％，通過對體系微觀形貌地的分析，推測了性能改善的原因；E51對DCPDCE的熱性能有負面影響，體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和最大失重溫度隨E51量的增大而降低，但從熱降解反應(yīng)動力學(xué)的研究可以看出，改性樹脂

5、的熱降解機理與純DCPDCE樹脂的機理相同；E51不僅能夠改善固化DCPDCE樹脂的力學(xué)性能，而且對玻璃纖維EW210增強DCPDCE樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大提高，但對復(fù)合材料的介電性能不利，因此如果要使用DCPDCE/E51樹脂體系，E51用量應(yīng)控制在5-15wt％之間。 2)采用液體端羧基丁腈橡膠對雙酚A型氰酸酯樹脂(BADCy)和雙環(huán)戊二烯型氰酸酯樹脂(DCPDCE)進行增韌改性研究。對兩個改性體系的反應(yīng)性、固化樹脂性

6、能、纖維增強復(fù)合材料性能進行了研究。CTBN對兩種氰酸酯樹脂的固化反應(yīng)具有催化作用；CTBN改性BADCy固化樹脂體系以15wt％CTBN改性體系綜合性能最佳，而CTBN改性DCPDCE固化樹脂體系以2wt％加入量最佳；CTBN增韌改性兩種氰酸酯樹脂的規(guī)律遵從孔洞剪切屈服理論；CTBN對氰酸酯樹脂的韌性等力學(xué)性能有很大改善，但熱性能及耐濕熱性能有所下降，對于BADCy和DCPDCE而言，CTBN用量應(yīng)分別控制在15wt％和2wt％右，而

7、這種差異主要是由于兩種氰酸酯樹脂分子結(jié)構(gòu)不同而造成的。 3)采用成膜性能優(yōu)良、韌性較好的熱塑性聚乙烯基吡咯烷酮PVP(K30)對雙酚A型氰酸酯樹脂(BADCy)進行增韌改性研究。借助DSC、FTIR等分析手段討論了PVP對BADCy固化行為的影響；通過力學(xué)性能、固化樹脂斷121形貌等信息對PVP增韌改性BADCy的機理進行了分析，并著重對改性體系的濕熱性能進行了研究。PVP的加入對BADCy的固化行為影響較小，在低溫階段對反應(yīng)程

8、度有少許貢獻，而在高溫階段對反應(yīng)程度基本沒有影響，根據(jù)改性的凝膠時間曲線和DSC曲線，在大量試驗的基礎(chǔ)上，確定了體系的固化工藝；PVP的加入對固化樹脂的力學(xué)性能有明顯改善，尤其是沖擊強度提高到原來固化樹脂的2.36倍，熱性能變化不大，吸濕性能和電性能稍有下降；通過對固化樹脂各種性能的研究，以PVP用量為8wt％時固化樹脂綜合性能最佳。固化樹脂的吸濕率隨PVP用量增加而增大；在力學(xué)性能方面，PVP的加入對固化樹脂老化過程力學(xué)性能的強度保持