氰酸酯树脂基体改性及其复合材料的研究

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1、摘要树脂基复合材料不仅在军事、航空航天等领域具有越来越重要的地位，在民用领域也显现出广阔的应用潜力。作为一种20世纪70年代发展起来的优异热固性树脂，氰酸酯树脂(CE)是目前树脂基复合材料研究领域的重点和热点基体材料之一。CE树脂单体的化学特性与固化树脂结构胜能关系的独特性，赋予CE树脂优异的综合性能，表现出力学性能优、耐热性高、介电性能优、吸水率低的优点，在树脂基复合材料、胶粘剂、电子封装、绝缘功能材料等领域具有独特的应用潜力。但像其它的热固性树脂一样，氰酸酯树脂普遍存在脆的弱点，限制了其应用，同时，目前关于这类性能优异的树脂基体的研究都集中在双酚A型氰酸酯

2、树脂上。鉴于此，本文从如下几个方面对氰酸酯树脂类基体及其复合材料进行了研究。1)采用常见热固性环氧树脂E51对双环戊二烯型氰酸酯树脂进行共聚，制备了双环戊二烯型氰酸酯树脂／环氧树脂共聚物，对共聚体系的固化机理及固化反应动力学、热降解反应机理及动力学、固化树脂的性能以及纤维增强树脂基复合材料进行了系统研究。研究表明，环氧树脂E5l从两个方面对DcPDcE的固化产生影响，即催化作用和稀释作用。一方面，在低温阶段作为DCPDcE三聚成环的催化剂，而在高温阶段与生成的三嗪环发生反应生成五元嗯唑啉酮环，改变体系的结构。另一方面，当E51用量较大时，在反应过程中E51对D

3、CPD(疆三聚成环的催化作用不如稀释作用明显，对体系起始阶段的反应几乎没有宏观的催化效果；通过对DCPDC到E51体系固化反应动力学的研究，计算得到了纯DCPDcE树脂和DCPDC彤E5l共聚物的动力学数据，结果显示，E51对DcPDCE固化反应活化的影响不大；E51能有效地改善DCPDCE树脂地力学性能，当E51用量为5研％(质量分数，下同)时得到地改善最为明显，冲击强度和弯曲强度分别提高29．7％和38．4％，通过对体系微观形貌地的分析，推测了性能改善的原因；E51对DCPDcE的热性能有负面影响，体系的玻璃化转变温度和最大失重温度随E51量的增大而降低，

4、但从热降解反应动力学的研究可以看出，改性树脂的热降解机理与纯DCPDCE树脂的机理相同；E51不仅能够改善固化DCPDCE摘要树脂的力学性能，而且对玻璃纤维E、Ⅳ210增强DCPDCE树脂复合材料的力学性能有很大提高，但对复合材料的介电性能不利，因此如果要使用D四DcE／E51树脂体系，E51用量应控制在5．15科％之间。2)采用液体端羧基丁腈橡胶对双酚A型氰酸酯树脂(BADcy)和双环戊二烯型氰酸酯树脂(DCPDCE)进行增韧改性研究。对两个改性体系的反应性、固化树脂性能、纤维增强复合材料性能进行了研究。CrBN对两种氰酸酯树脂的固化反应具有催化作用；CIB

5、N改性BADCy固化树脂体系以15叭％cIBN改性体系综合性能最佳，而CIBN改性DCPDCE固化树脂体系以2、jlrt％加入量最佳：C皿N增韧改性两种氰酸酯树脂的规律遵从孔洞剪切屈服理论；C】mN对氰酸酯树脂的韧性等力学性能有很大改善，但热性能及耐湿热性能有所下降，对于BADcv和DCPDcE而言，c】mN用量应分别控制在15坝％和2叭％左右，而这种差异主要是由于两种氰酸酯树脂分子结构不同而造成的。3)采用成膜性能优良、韧性较好的热塑性聚乙烯基吡咯烷酮PvP(瞄∞对双酚A型氰酸酯树脂(BADcy)进行增韧改性研究。借助DsC、Frm等分析手段讨论了PVP对B

6、ADCy固化行为的影响；通过力学性能、固化树脂断口形貌等信息对PV_P增韧改性B．ADCy的机理进行了分析，并着重对改性体系的湿热性能进行了研究。PVP的加入对BADCy的固化行为影响较小，在低温阶段对反应程度有少许贡献，而在高温阶段对反应程度基本没有影响，根据改性的凝胶时间曲线和DSC曲线，在大量试验的基础上，确定了体系的固化工艺；PvP的加入对固化树脂的力学性能有明显改善，尤其是冲击强度提高到原来固化树脂的2．36倍，热性能变化不大，吸湿性能和电性能稍有下降；通过对固化树脂各种性能的研究，以PvP用量为8叭％时固化树脂综合性能最佳。固化树脂的吸湿率随PvP

7、用量增加而增大；在力学性能方面，PvP的加入对固化树脂老化过程力学性能的强度保持率有很大提高，当PvP用量为5叭％时，老化后弯曲和冲击强度保持率从原始氰酸酯的38．8％和35．5％分别提高到86．8％和66．1％，这种提高可从固化树脂断口的微观形貌得到合理解释，同时，湿热老化过程中PⅥ，对固化树脂的热性能、电性能和尺寸稳定性有负面影响。关键词：双环戊二烯型氰酸酯树脂，双酚A型氰酸酯树脂，环氧树脂，crBN，聚乙烯基吡咯烷酮，共聚物，增韧改性ⅡPOlym鲥ccomp∞it龉haVerecciVedmO化柚dm0圮attcmionsfortheiradvantag

8、瞄inmechanica王pr删i骼，