雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂體系主要性能表征技術(shù)研究.pdf

1、本文針對(duì)國(guó)內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料行業(yè)存在的標(biāo)準(zhǔn)滯后，主要性能檢測(cè)方法不規(guī)范的問(wèn)題，提出利用化學(xué)分析法，GPC法，F(xiàn)TIR法和DSC法分析測(cè)試環(huán)氧樹(shù)脂體系的主要性能，系統(tǒng)的研究了環(huán)氧樹(shù)脂體系的環(huán)氧值、羥基值、氯含量、分子量和分子量分布、固化機(jī)理和固化動(dòng)力學(xué)、預(yù)浸料的固化制度的具體測(cè)試方法和性能表征，建立了較為完善的環(huán)氧樹(shù)脂性能表征體系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)溴化銨鹽化學(xué)滴定法測(cè)試環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧值，改進(jìn)的BING?；味ǚy(cè)試羥

2、基值，水解萃取電位滴定法測(cè)試氯含量。分析結(jié)果表明，所測(cè)已知牌號(hào)的五種環(huán)氧樹(shù)脂中MY790-1環(huán)氧值最高，E-39D環(huán)氧值最低；DER331中羥基含量最高，DER671-X75和E-44羥基含量最低；MY790中氯含量最低，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂E-44中氯元素含量最高，約是MY790中氯元素含量的5倍，DER331和DER383中的4倍。⑵利用GPC（凝膠滲透色譜法）分析環(huán)氧樹(shù)脂的分子量和分子量分布，分析結(jié)果表明亨斯特的MY790只有一個(gè)分子峰，

3、分子量分布指數(shù)控制在1.015，亨斯特的另一牌號(hào)MY0510出現(xiàn)三個(gè)分子量峰值；美國(guó)陶氏的DER331和DER383都出現(xiàn)三級(jí)分子峰值，分子量分布指數(shù)在1.015-1.025之間，各級(jí)分子量的分布相對(duì)比較窄；南通星辰的E-44和E-39D分別出現(xiàn)四級(jí)分子量峰值和五級(jí)分子量峰值，分子量分布指數(shù)在1.003-1.032之間，分子量分布比較寬。⑶利用FTIR采集不同牌號(hào)的環(huán)氧樹(shù)脂和預(yù)浸料的紅外光譜圖，測(cè)試結(jié)果表明，所測(cè)材料基體樹(shù)脂結(jié)構(gòu)類似，均

4、在914cm-1、1610cm-1出現(xiàn)特征吸收峰，均為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂。⑷用動(dòng)態(tài)FTIR技術(shù)研究環(huán)氧樹(shù)脂固化體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，利用MATLAB數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)獲取環(huán)氧基團(tuán)、羥基基團(tuán)、C-N基團(tuán)、C-O基團(tuán)的伸縮振動(dòng)波數(shù)、彎曲振動(dòng)波數(shù)和搖擺振動(dòng)波數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，得到不同基團(tuán)的反應(yīng)速率表達(dá)式，根據(jù)不同基團(tuán)的反應(yīng)速率可以進(jìn)行反應(yīng)歷程的分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)氧基團(tuán)、C-O鍵和C-N鍵的固化反應(yīng)速率比值約為18:16:4，反應(yīng)過(guò)程中相應(yīng)的基團(tuán)起始反

5、應(yīng)速率最高，呈現(xiàn)典型的n級(jí)反應(yīng)歷程，而非具有誘導(dǎo)過(guò)程的自催化反應(yīng)歷程。⑸利用用DSC動(dòng)態(tài)熱分析法，采用n級(jí)反應(yīng)模型和Malek等轉(zhuǎn)化率法確定了環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的最佳配比，不同固化體系、預(yù)浸料的固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)和固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程和固化反應(yīng)特征溫度。分析結(jié)果表明，DER331環(huán)氧樹(shù)脂與DEH622固化劑最佳配比為100：30，活化能Ea是46950J/mol，頻率因子A為2.08×106/S-1，恒溫固化溫度為330.3K（57℃），反

6、應(yīng)級(jí)數(shù)為0.89，近似凝膠化溫度在Tgel=313.7K（40℃）附近，固化峰值溫度在Tpcure=329.3K（56℃）外推峰值為Texpcure=330.3K（57℃）附近。用同樣的方法得到NSM環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料體活化能Ea是83644 J/mol，頻率因子A為1.357×1011/S-1，反應(yīng)級(jí)數(shù)為1.24，近似凝膠化溫度在Tgel=381.7K（108.6℃）附近，固化峰值溫度在Tpcure=399K（126℃）外推峰值為Texp