复合材料用高韧性环氧树脂基体的研究

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1、南京工业大学硕士学位论文复合材料用高韧性环氧树脂基体的研究姓名：李全布申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：谷和平；黄培200806摘要环氧树脂(EP)由于在粘结性、绝缘性、耐腐蚀性和工艺性等方面的突出优点，作为先进树脂基体在航空航天等高科技领域得到了广泛的应用。然而，由于固化后树脂的韧性不足，限制了其作为高性能复合材料基体材料的使用。有关热固性树脂的增韧改性工作一直是当前的研究热点。目前国内外对环氧树脂的增韧主要采取的是橡胶增韧、热塑性树脂增韧、热致液晶增韧等方法。这些增韧方法在不同程度上存在着缺陷。本文评述了当前环氧树脂的改性方法，提出了用

2、树脂E．20、纳米Si02和双马来酰亚胺(BMI)增韧环氧树脂的思路，在提高环氧树脂韧性的基础上，兼顾树脂基体的收缩率、模量、耐热性以及加工工艺性，具体工作如下：用E．20与环氧树脂E．5l共混改性，降低了树脂体系的官能团浓度和环氧值．减小了树脂的交联密度，制备了具有低收缩和高韧性的树脂基体。实验发现E．20含量对树脂材料的性能有很大影响，当E．20添加量为50叭％时，固化物收缩率由改性前1．28％降至0．29％，冲击韧性比改性前提高了229％。用纳米Si02增韧改性双酚A型环氧树脂，采用表面处理与高速分散相结合的方法，使纳米粒子均匀分散于树脂基体

3、中，制备了Si02／EP的复合材料。考察了Si02含量对改性体系力学性能的影响，实验表明，Sj02的引入提高了材料的冲击韧性、强度和模量，并且当Si02含量为3训％时，体系的综合性能最好。用BMI扩链改性环氧树脂，以提高材料的韧性和耐热性。研究了改性体系的固化反应动力学，根据鼬ssinger方法求得了改性体系固化反应的表观活化能4点-=57．72kJ／mol：根据C瑚1e理论计算得到固化反应级数刀=o．88。通过DSC、TGA、TMA和SEM等方法对BMI改性环氧树脂体系的固化行为和性能进行了探讨和表征，结果表明：改性体系固化曲线的峰值随BMI比例

4、的增大向高温区移动，放热量逐渐减小：BMI的引入明显改善了材料的力学性能和热性能，尤其是材料的韧性，改性后材料拉伸断裂面的形态也逐渐呈现韧性断裂特征。利用BMI改性制备互穿网络结构增韧环氧树脂。研究了MPDA与EP摩尔比对树脂固化、力学性能和疋的影响；探讨了BMI厄P互穿网络的力学性能和摘要热性能，研究表明，BMI的增加可以明显提高体系的韧性和耐热性，当BMl含量达到50％时，改性树脂的冲击强度提高到56．54l(J／m2，断裂伸长率为8．28％，同时，瓦达到237．O℃，比改性前提高了107．6℃。通过对比分析，得出结论是：利用BMI扩链增韧或形

5、成IPN增韧是最为理想的增韧改性方法，通过BMI改性环氧树脂体系，可以制备出一种高韧性、高强度、高模量而同时又具有高耐热和良好工艺性的综合性能优异的先进复合材料树脂基体。关键词：环氧树脂增韧纳米Si02双马来酰亚胺耐热固化反应动力学nABSTRACTEpoxyresin(EP)haVebeenwidelyusedinhighscienceandtechnologyfieldsasadV锄cedresinmatrixfortheiroutstandingadvantagesonviscosity’insulation，anticon．0siVe觚dt

6、echnique，such弱aviation，spacefli曲t，etc．However’EPusedashighpe渤mlanceinstmmentstructuralcompositematrixesareconflnedbecauseofmecuredresinshavingnotenoughtoughness．Themodi矽ingworkoft叫gheninghasbeenVeryactiVe．TherouteoftougheningEPdomesticandoverseasatpresentismainlymbber'themopl舔

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