探索深海用聚合物基浮力材料制备及性能表征

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1、浙江大学硕士学位论文深海用聚合物基浮力材料制备及性能表征姓名：潘鹏举申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：翁志学;单国荣20050101塑垩查兰堡：E兰丝丝兰摘要用空心玻璃微珠填充环氧树脂，制各了低密度、高强度和低吸水率的复合材料，所制备材料的密度为O．6829／cm3．压缩强度为75．91MPa，压缩模量为1．540GPa，室温下饱和吸水率小于3％。实验研究了空心玻璃微珠(HGM)体积分数(¨)、粒径、HGM表面偶联剂处理、固化剂2一乙基．4．甲基咪唑(2,4．EMI)用量和活性稀释剂『F丁基缩水甘油醚(BGE

2、)用量对复合材料机械性能的影响。实验表明：随着K的增大，材料压缩强度减小，压缩模量和弯曲模量增大；当vjo．20时，随着乃的增大，材料弯曲强度和冲击强度急剧减小。在压缩过程中，试样的断裂由剪切力引起，扫描电镜(SEM)观察发现：当zj>o．30时，材料破坏由HGM的破裂引起，所以偶联剂表面处理对压缩性能影响不大。随着2,4．EMI用量的增加，材料韧性提高，冲击强度增大，压缩模量减小。加入BGE后，材料的冲击强度提高，但是压缩强度和模量减小。研究了复合材料在不同

3、温度下去离子水和盐水中的吸水性和吸水对机械性能的影响。结果表明：在室温下，材料饱和吸水率较小；随着温度的升高，材料饱和吸水率、初始时吸水速率和水扩散系数增大。与在去离子水中相比，材料在盐水中饱和吸水率、初始时吸水速率和水扩散系数较小。吸水对材料的机械性能影响较大：在室温下吸水后，材料压缩强度和弯曲强度变化不大，但在600c条件下吸水后，强度降低较大；吸水后材料的模量减小，随着水温的升高，模量的减小越剧烈；另外在与去离子水中相比，在盐水中吸水对材料强度和模量的影响较小。用DSC研究了2,4．EMI固化双酚A二缩水甘油醚

4、型环氧树脂(DGEBA)的固化动力学。随着2,4．EMI用量和固化温度的增加，固化反应速率增加。随着2,4．EMI用量的增大，固化产物玻璃化温度先增大后减小；根据DSC测试结果，确定了固化工艺条件。从反应机理出发，建立了微观固化动力学模型，恢模型可以预测部分实验结果，但对固化后期偏差较大。从扩散的角度在模型中引入临界固化度和扩散因子，进一步建立扩散控制固化动力学模型，该模型能很好地预测实验数据。用端羧基丁腈橡胶(CTBN)、液体聚硫橡胶(PSR)和聚氨酯(Pu)对环氧树脂体系进行了增韧研究。结果表明：加入CTBN、P

5、SR和PU后，纯环氧树脂和复合材料的韧性均提高，但模量和强度有所减小。SEM观察发现：CTBN在环氧树脂中呈橡胶相析御j工人掌坝．卜学位诧义出，当CTBN用量较大时，形成双连续相结构：而PSR和Pu增韧环氧树脂体系呈单一相存在。分析了HGM填充环氧树脂预聚物悬浊液的流变性质。随着H的增大，体系粘度急剧增加；加入BGE可以有效降低体系的粘度。最后表征了复合材料的声学性能，材料的声透射系数较大，加入HGM和CTBN后，材料特性阻抗与水更加匹配。关键词：空心玻璃微珠，环氧树脂，机槭性能，固化动力学，吸水，增韧塑坚查堂竺!!

6、兰焦笙竺ABSTRACTCompositesofhollowglassmicrospheres(HGM)filledepoxyresinweremanufactured，whichhaslowerdensity，higherstrengthandlesssatflratedwaterabsorption．ThedensityofthecompositeisO，682g／cm3，Itscompressivestrengthandmodulusare70MPaand1．540GPa．respectively．Thewat

7、ergainatsaturationislessthan3％．Themechanicalpropertiesofcompositeswereinvestigatedasafunctionofthevolumefraction(场andparticlessizeofHGM，andtheeffectsofHGMmodifiedbycouplingagent，contentofcuringagent(2-ethyl一4-methylimidazole，2,4-EMI)andreactivediluent(n—butylgl

8、ycidylether,BGE)onthemechanicalpropertiesofepoxyresinandcompositeswerestudied．Furthermore，themorphology,fractographyandfailurefeaturesofcompositeswereanalyzedbySEM，andmathem