环氧树脂柔性固化剂的合成及其固化反应动力学研究

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1、环氧树脂柔性固化剂的合成及其固化反应动力学研究材料学专业研究生陈艳雄指导老师杜宗良环氧树脂固化物由于具有优异的力学性能、粘接性能、电绝缘性能、抗水性能和耐化学品性能，广泛应用于复合材料、涂料和粘接剂等领域。但其涂膜由于韧性差，使其应用范围受到了一定的限制。因此，对环氧树脂的增韧改性成为环氧树脂的研究热点之一。环氧树脂的增韧改性方法很多，采用分子结构中含柔性链段的固化剂，固化并增韧环氧树脂的方法，具有环氧树脂的力学性能受影响小，工艺简单，加工方便等优点。本文选择环氧油酸甲酯和辛酯，分别对环氧树脂一多胺加成物(G．预聚体)的端胺基进行封端改性，得到了封端改性固化剂G-甲酯和G-辛

2、酯。对合成固化剂的结构进行了表征，测试了其与环氧树脂固化后涂膜的力学性能，并观察了涂膜断面的形貌。结果表明，环氧油酸酯仅和G．预聚体结构中的端胺基发生了反应；用G．甲酯、G-辛酯与环氧树脂固化后，涂膜断裂伸长增大，脆断断面表现为韧性断裂。这些结果说明，引入柔性链段的固化剂具有一定的增韧作用。G甲酯的增韧效果优于G．辛酯的结果说明，固化剂结构中酯基碳链长度对环氧树脂的增韧效果不明显，而对增韧的贡献主要来自分子结构中的侧碳链。用差示扫描量热法(DSC)分别测定了G．预聚体、G．甲酯和G-辛酯与环氧树脂组成的固化体系在不同升温速率下的DSC曲线。确定了固化反应温度，分别用KAS法、

3、Friedman法和FWO法对三种固化体系的非等温固化反应进行了动力学分析。结果表明，固化反应峰值温度的大小顺序为G-甲酯>G．辛酯>G．预聚体；用KAS法和Friedman法分析的固化体系的表观活化能和指前因子大小顺序为G．甲酯>G-辛酯>G-预聚体，FWO法分析的结果为G．甲酯>G-预聚体>G．辛酯；固化反应级数表明，固化过程均为复杂反应；反应机理一致，均为自催化反应。用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分别观察了G．预聚体、G．辛酯和环氧树脂固化体系在四个温度下的固化反应过程。讨论了固化温度和时问对固化反应转化率、反应速率的影响；对体系反应初期的等温固化反应进行了动力学研

4、究。结果表明：固化体系在研究的固化温度下，转化率和反应速率在固化反应初期增加快速，温度越高增加越快，随着固化时间的延长，这种变化逐渐变慢，并最终趋于恒定；初期固化反应为一级反应，反应初期的表观活化能和指前因子大小顺序为G．预聚体>G-辛酯。这与DSC法中用KAS和Friedman分析的结果一致。关键词：环氧树脂柔性固化剂固化反应动力学DSCFT-IRSynthesisandCuringKineticsofEpoxyResinToughCuringAgentMaterialogyGraduateChertYanxiongSupervisorDuZongliangEpoxyres

5、iniswidelyusedinmanyfieldssuchascompositematerial，coatingandadhesivebecauseofitssuperiormechanical，adhesive,electrical，water-resistantandchemical-resistantproperty,eta1．Howler,itsapplicationisgreatlylimitedduetothelowtoughnessandpoorcrackresistance．Therefore，thetoughnessofepoxyresinhasbeend

6、evelopingoneoftheresearchhotspots．Manymethodshavebeendeveloped．OneofthemostSUCCESSfulmethodsistocureepoxyresinbyusingtoughcuringagentcontainedsoRsegmentscomponent．Thismethodcallmostlyholdthesuperiormechanicalpropertiesofepoxyresin，withsimpleandconvenientprocess．Twokindsoftoughcuringagentswe

7、rerespectivelypreparedbyusingepoxy-oleicmethylesterandepoxy-oleiccaprylesterasterminationagentsofepoxy-amineadduet(G-oligomer)．Thestructureoftheagentwascharaeterized，themechanicalabilityofcuringmaterialWaStestedandthemorphologyoffractureSlll'facewasobser