液晶環(huán)氧樹脂和聚酰胺酸增強增韌改性環(huán)氧樹脂的研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂具有機械強度高、電絕緣性好、固化收縮率小、成本低廉和配方組成加工手段靈活易變等優(yōu)點，被大量用作涂料、膠粘劑、灌封材料以及復(fù)合材料等。但是環(huán)氧樹脂質(zhì)脆韌性差，限制了它在要求高強、高韌性以及高耐熱領(lǐng)域的應(yīng)用。彈性體增韌環(huán)氧樹脂的效果顯著，卻使材料的耐熱性和剛性有所降低；用熱致性液晶聚合物，或其他與環(huán)氧樹脂具有較好相容性、強度大和耐熱性好的聚合物改性環(huán)氧樹脂可以同時提高材料的韌性、耐熱性和力學(xué)強度。本課題通過改進(jìn)合成工藝，(1)采用相

2、轉(zhuǎn)移催化劑和環(huán)氧氯丙烷法合成了液晶環(huán)氧(PHQEP)；(2)通過酰氯化工藝制備出芳酯型二酐(BTAH)，經(jīng)溶液縮聚法合成出聚酰胺酸(PAA)：(3)將PHQEP、PAA分別與環(huán)氧樹脂(E-51)共混，以DDS為固化劑固化成型得到共混改性材料。 采用FTIR、1H-NMR和DSC等對PHQEP、PAA以及中間體的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。用POM、DSC、WAXD對PHQEP的液晶性進(jìn)行了分析。通過非等溫DSC法分別研究了PHQEP/E

3、-51/DDS和PAA/E一51/DDS共混體系的固化動力學(xué)行為，用等轉(zhuǎn)化率法計算了活化能Ea，用M(a)lek法預(yù)測了固化反應(yīng)的動力學(xué)模型。通過沖擊、拉伸、彎曲等靜態(tài)力學(xué)實驗、以及蠕變、應(yīng)力松弛測試研究了改性材料的力學(xué)性能：通過DSC、rG、DIL以及導(dǎo)熱儀研究了材料的熱性能：通過DMA、SEM研究了PAA、PHQEP和E-5l的相容性以及增韌改性的機理。從以上實驗和研究可得到如下結(jié)論：研究結(jié)果表明PHQEP和PAA都是齊聚物，PHQ

4、EP是向列相液晶，液晶區(qū)間180～225℃。從整體上來看，等轉(zhuǎn)化率法求得PHQEP/DDS的活化能最高，而PHQEP/E-5l/DDS體系的活化能又高過E-51/DDS體系，PAA/E-51/DDS的活化能與E-51/DDS相近或還有偏低，說明PHQEP對共混體系的固化有阻礙作用，而PAA卻有一定的促進(jìn)作用。通過Malek法預(yù)測到自動催化模型適合用來模擬兩個共混體系的固化過程，其中指數(shù)因子m、n之和接近2。PHQEP和PAA改性E-51

5、都能同時提高材料的韌性、強度和耐熱性。當(dāng)PHQEP含量為E-51的5wt％時，共混材料的沖擊強度相對純E-51固化物提高了164％，同時初始分解溫度提高了15℃、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高近8.9℃、熱變形溫度提高近20。C和導(dǎo)熱系數(shù)增大9.92％，說明材料的熱性能得到改善：靜態(tài)力學(xué)強度和模量以及動態(tài)實驗時的儲能模量也有很大提高。PAA改性E-51共混材料的沖擊強度相對未經(jīng)改性的環(huán)氧固化物提高可達(dá)3.15倍，而其他的力學(xué)強度、模量和耐熱性都有一

6、定的上升。從DMA和SEM分析看出共混材料中PAA和E-51、PHQEP/E-51的相容性較好，沒有出現(xiàn)明顯的相分離。PHQEP和PAA的剛性都較大，剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)入環(huán)氧樹脂的固化網(wǎng)絡(luò)，使得環(huán)氧固化網(wǎng)絡(luò)中除了化學(xué)交聯(lián)外還有鏈段之間的相互作用和氫鍵等物理交聯(lián)，使材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增加、耐熱性增大，強度增大。PHQEP/E-51/DDS中既有E-51、PHQEP獨立的固化網(wǎng)絡(luò)也有PHQEP-E-51雜化的固化網(wǎng)絡(luò)，另外PHQEP-E-51固化