熱-光固化環(huán)氧樹脂體系的增韌設(shè)計與實現(xiàn)機制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、通常熱固化環(huán)氧樹脂經(jīng)過長時間高溫處理形成完整的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得環(huán)氧樹脂韌性差;高效生產(chǎn)的需求促進了高活性熱固化體系或可控光固化體系的開發(fā),但快速固化后的樹脂高交聯(lián)密度導(dǎo)致韌性進一步變差,并且熱固化又來帶了環(huán)境污染和一定的安全隱患,光固化又存在無法進行厚壁產(chǎn)品固化的缺點;通常環(huán)氧增韌所添加的納米增韌組分往往無法均勻分散,影響體系耐熱性和粘度,通用的模具成型工藝,脫模的需要限制了復(fù)雜產(chǎn)品的一次性成型制造;鑒于以上諸多問題,如何在不影響

2、其他性能的前提下,提高樹脂韌性和固化速度、成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件成為環(huán)氧樹脂研究的關(guān)鍵。
  本文通過“母料”預(yù)分散兩步法提高納米粒子在樹脂基體的分散性,采用可溶性嵌段共聚物和核殼粒子協(xié)同增韌實現(xiàn)了低粘度高韌性體系設(shè)計,采用材料\工藝一體化協(xié)同設(shè)計,突破了光固化厚壁材料的難題,利用分子網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計,獲得了UV快速固化的熱致型環(huán)氧基形狀記憶聚合物。
  1.通過“母料”預(yù)分散兩步法制備了核殼粒子(CSP)增韌環(huán)氧樹脂,系統(tǒng)研究了核殼

3、比及粒徑分布對樹脂增韌效果的影響,建立了納米級別多尺度核殼粒子增韌環(huán)氧樹脂機理模型。增韌樹脂體系熱、力學(xué)性能、粘溫特性及微觀形貌的測試表明,納米核殼粒子在增韌樹脂體系分散均勻,相比純樹脂體系,增韌樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度幾乎不變,斷裂韌性KIC提高約74.7%,彎曲強度提高28.9%,增韌效果顯著,但體系粘度明顯增加。
  2.設(shè)計具有部分相同官能團分子結(jié)構(gòu)可溶性嵌段共聚物(BCP)和CSP協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂體系。粘度、耐熱性和力學(xué)性

4、能測試表明,與純樹脂體系相比,協(xié)同增韌樹脂的耐熱性降低不明顯、粘度沒有明顯增加,BCP\CSP\EP(3phr BCP和5phr CSP)體系的斷裂韌性KIC提高了91.14%,高于BCP和CSP單獨增韌的樹脂體系?;趯嗔衙娴男蚊灿^察分析,兩種粒子通過自組裝和反應(yīng)誘導(dǎo)相分離機理,形成了界面結(jié)合增強的納米結(jié)構(gòu),建立了“瓢蟲”結(jié)構(gòu)的協(xié)同增韌的機理模型。
  3.采用材料\工藝一體化協(xié)同設(shè)計,通過使用特殊四元環(huán)結(jié)構(gòu)3-芐氧基-3乙基

5、氧雜環(huán)丁烷單體,匹配高效光引發(fā)劑,得到了高韌性快速固化環(huán)氧樹脂體系。反應(yīng)動力學(xué)、轉(zhuǎn)化率、粘度及韌性的測試表明,在保持快速固化體系的高轉(zhuǎn)化率和高韌性的同時,將樹脂體系固化前充模的低粘度和增強體浸潤的工藝窗口時間由秒級延長到分鐘級;基于工藝流程的再設(shè)計,機理,通過光固化延時反應(yīng)擺脫了固化過程對光照依賴,突破了UV快速固化環(huán)氧樹脂成型厚度的局限,建立了能夠與低粘度樹脂成型匹配的工藝參數(shù);
  4.采用柔性鏈段的TMPO對環(huán)氧樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

6、進行分子結(jié)構(gòu)改性,制備光固化熱致性環(huán)氧基形狀記憶聚合物,并同熱固化形狀記憶聚合物做了性能比較。固化動力學(xué)、形狀記憶性能、熱力學(xué)性能測試表明,該環(huán)氧基形狀記憶聚合物反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高,具備良好的形狀記憶回復(fù)性能,具有良好的熱穩(wěn)定性,并具有一定機械強度經(jīng)過10個形狀記憶周期后,形狀回復(fù)率Rr和形狀固定率Rf分別為99%和97%。經(jīng)過20個循環(huán)后,與首次循環(huán)相比,Rr和Rf僅分別下降-0.5%和-0.7%,表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性,該材料。闡明了TMPO

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