不饱和聚酯树脂固化特性的研究

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1、不饱和聚酯树脂固化特性的研究不饱和聚酯树脂固化特性的研究不饱和聚酯树脂固化特性的研究第21卷第6期2005年l2月化学反应工程与l[艺ChemicalReactionEngineeringandTechnologyVol21.NO6Dec.2005文章编号ll00l7631(2005)06—049205不饱和聚酯树脂固化特性的研究王庆王庭慰魏无际(南京工业大学高分子材料科学与工程系,江苏南京210009)摘薹:采用推广放热曲线法(SPI)和差示扫描量热法(DSC)研究了不饱和聚酯树脂(UPR)的固化反应历程,讨论引发剂对UPR体系固化特性的影响,并由DSC曲线得到固化工艺和动力学

2、参数.结果表明:引发剂对固化特性的影响很大.其用量宜为UPR的l～2;引发剜含量2时,确定UPR固化温度为l20C,后处理温度为140C,表观活化能74.3kJ/mo

3、,碰撞因子1.71×10.,反应级数0.916;等温固化时.当反应程度超过0.7,固化反应由动力学控制阶段转向扩散控制阶段关键词:推广放热曲线法;差示扫描量热法;不饱和聚酯树脂;固化反应;动力学参数中圉分类号0632.52TQ317.4文献标识码:A不饱和聚酯树脂(UPR)是现代塑料工业发展中的一个重要品种[1],具有性能良好,固化方便和价格便宜等优点,在工业农业,交通,建筑以及国防等方面有着广泛的应用,不饱和聚酯

4、树脂纤维在增强复合材料制品的生产中应用尤为普遍[2].其固化过程是一种多相自由基共聚合的交联反应过程,机理复杂[引,反应动力学特征,结构变化不仅影响其性能,而且对最终制品的使用性能有着很大的影响.为确保所得制品具有优良的性能,研究该体系固化过程的反应动力学是十分必要的.运用推广放热曲线(SPI)法和差示扫描量热(DSC)分析技术对不饱和聚酯树脂的固化放热曲线和固化动力学进行研究,探讨引发剂对凝胶时间,固化时间,放热峰温度的影响,并从动力学角度研究了UPR反应活化能和固化反应特性,旨在指导实际生产时固化体系工艺参数的确定,为优化反应条件,提高产品质量提供科学依据.1实验部分1.1试

5、剂与仪器不饱和聚酯树脂P171904(UPR),邻苯类,固含量7O,DSM公司产品;引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB),上海凌峰化学试剂有限公司产品.CRD一34P型差示扫描量热(DSC)仪.1.2实验方法放热曲线法(SPI)只适用于以BPO为引发剂的固化体系,推广SPI法]应用TBPB为引发剂的不饱和聚酯树脂固化特性.根据BPO和TBPB的半衰期以及特征测定温度,推算得到TBPB的相应环境温度,凝胶起始温度71,凝胶结束温度71.分别为:114C,98C,120C.UPR加入引发剂以后,在一定温度环境下分解出游离基,引发交联聚合,UPR开始由液体向固体转变.在此固化过程中U

6、PR放热引起体系温度变化,通过记录不同的温度一时问变化曲线称为固化放热曲线.规定油浴温度为114C,UPR体系的温度从98C升高至12OC时所需时间,是聚合反应开始的时间,定义为凝胶时间.固化时间定义为UPR体系的温度从98C升高至最高放热温度所需时间,表明固化反应基本完成所需最小时间.采用DSC仪测定不饱和聚酯树脂等速升温和等温固化时的放热特性.并利用收稿日期i2005—07一l8:修订日期{20’05一(1Il_07作者简介:-E庆【l981)..顸I.研究t-;E应慰(196O…).男.教授.钡}.生导师.通汛联系人.E-mail:”.a’angqing90/i(!【26,

7、c(,III第2【卷第6期王庆等.饱和聚酯树脂固化特性的研究【93DSC曲线测定其固化动力学.2结果与讨论2.1引发剂对不饱和聚酯树脂固化的影响2.1.1推广SPI法在一定条件下,聚合热是固化反应活性的量度,是固化能力的标志.固化反应活性越高,放热峰温度也越高,通过放热曲线可以了解UPR的反应特征.图1是以TBPB为引发剂的UPR固化放热曲线,可知TBPB用量对UPR固化反应放热特性有很大的影响.在90C左右都有一段较长的平台,因为引发剂分解释放出自由基先要与UPR中阻聚剂反应.接近诱导期终点时阻聚剂全部消耗完,释放出自由基才引起固化反应.随着引发剂增加,固化诱导期逐步缩短,相应

8、地达到放热峰时间相应变短.图2表明:引发剂量对UPR凝胶时间和固化时间影响显着,4.O%含量的凝胶时间只为0.5的1/10,固化时间则缩短2/3以上.这是因为随着引发浓度增大,UPR中的阻聚剂消耗的速度加快.皇三暑邕甚皇主方图1TBPB含量对UPR固化热曲线的影响Fig.1EffectofTBPBContentonCuringExothermalofUPR∞昱图2TBPB含量对凝胶时间和固化时问的影响Fig.2EffectofTBPBContentonCuringTimean