环氧树脂体系固化反应及其复合材料介电性能

环氧树脂是一类综合性能优异的热固性高分子材料，作为胶粘剂、复合材料用树脂基体、涂料等形式广泛应用于电子电气、机械制造、化工防腐、航空航天等众多领域中，成为各工业领域中不可缺少的基础材料。本文综述了本研究室在咪唑／环氧树脂体系，稀土有机化合物、叔胺羧酸复盐／酸酐／环氧树脂体系，氰酸酯／环氧树脂体系，硼胺络合物／环氧树脂体系的固化反应机理、固化反应动力学及其固化物结构与性能关系，纤维含量、排列方向、偶联剂种类等对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料及其界面介电性能的影响等6个方面的研究进展。     

含柔性间隔基的扩链脲增韧环氧树脂性能研究——环氧树脂／扩链脲／双氰双胺体系性能研究

合成了含不同分子量柔性间隔基的扩链脲（Ｕｉ），并对其与双氰双胺共同固化环氧树脂体系的反应活性、抗冲击性能、动态力学性能、形态结构及贮存性能进行了考察。结果表明：含分子量为４００的聚乙二醇柔性链的扩链脲／双氰双胺／环氧树脂固化体系的抗冲击强度较单纯双氰双胺／环氧树脂固化体系提高了７倍左右，其冲击试样断面电镜照片呈韧性断裂的特征。扩链脲的反应活性基本不受分子中聚乙二醇链段分子量的影响。环氧树脂／扩链脲／双氰双胺体系在５０℃下贮存期可达１～２天。     

环氧树脂与氰酸酯共固化产物性能的研究

环氧树脂是一类综合性能优良并获广泛应用的热固性树脂基体 .但是通常的环氧树脂基体中含有大量反应生成的羟基等极性基团 ,吸湿率高 ,使其复合材料在湿热环境下力学性能和介电性能显著下降 .应用氰酸酯改性固化的环氧树脂等热固性树脂 ,将赋予以其为基体的复合材料以优异的耐热性能、力学性能和介电性能[1 ,2 ] .这类复合材料的研究开发对特种电子电气绝缘材料和先进复合材料的发展具有重要意义 .作者曾应用ＦＴ ＩＲ、ＤＳＣ等分析技术对氰酸酯与环氧树脂 (氰酸酯在欠量、适量和过量条件下 )的共固化反应机理和固化物结构特征等进行过深入…     

几种聚醚胺改性蒙脱土对环氧树脂固化过程的影响

首先制备了五种聚醚胺改性蒙脱土(MMT), 并将这五种聚醚胺改性蒙脱土加入到双酚A 型环氧树脂E51 和聚醚胺D400体系中, 采用差示扫描量热法(DSC)考察了五种聚醚胺改性MMT对环氧树脂升温固化进程的影响. 随后, 优选一种EP/MMT 混合体系即EP/D400-T500-MMT 混合体系, 系统地研究了该体系与纯环氧树脂体系在130, 140, 150 及160 ℃等几个温度下的等温固化过程, 考察了等温固化时间对固化度和固化度变化速率的影响以及固化度与固化度变化速率之间的关系, 并利用Kamal 模型进行拟合计算了固化动力学参数. 研究结果表明, 与纯环氧树脂相比, 几种聚醚胺改性MMT 的固化放热峰均向高温迁移, 同时聚醚胺D400 协同插层MMT 降低了高分子量聚醚胺插层MMT 所导致的环氧树脂DSC 曲线的畸变情况; EP/D400-T500-MMT 混合体系和纯环氧体系的等温固化反应过程符合Kamal 模型;在相同的固化温度下, EP/D400-T5000-MMT 混合体系的反应速率常数k₁ 和k₂ 值以及反应级数m 均比纯EP 体系小, 而反应级数n 以及总反应级数m+n 值比纯EP 体系大, 表明两种聚醚胺协同插层的改性蒙脱土D400-T5000-MMT 的加入降低了环氧体系固化反应速率. 另外, EP/D400-T5000-MMT 混合体系的活化能E_a1 和E_a2 与纯EP 体系的相比也略有升高.     

聚甲基二间苯二乙炔基硅烷改性二氧化双环戊二烯环氧树脂及其复合材料的性能

用聚甲基二间苯二乙炔基硅烷树脂（PSA）改性二氧化双环戊二烯（R-122环氧树脂）得到R-122/PSA树脂体系,并以该树脂为基体制备了玻璃纤维复合材料。通过FT-IR、DSC和TGA研究了R-122/PSA树脂的固化反应及其耐热性能,同时研究了R-122/PSA基复合材料的力学性能、耐热性能、介电性能和耐水性能。结果表明：改性树脂在高温下保持了良好的耐热性能,mPSA/mR-122=0.2的固化物在800°C下质量保留率比纯R-122树脂的提高了30%。所制备的复合材料常温下弯曲强度达到735 MPa,220°C下的弯曲强度达到418.4 MPa,不仅保留了良好的力学性能,而且耐热性能得到了很好的提升,同时其浸泡96 h后的吸水率仅为0.65%,耐水性能优异。     

聚酯纤维布混杂增强环氧树脂可钻复合材料的制备与性能研究

采用聚酯纤维布与碳纤维、Kevlar纤维分别混杂增强环氧树脂,制备满足油田开发的可钻桥塞用高性能复合材料。分别采用液体芳胺(DETDA)与固体芳胺(DDM)作为固化剂,两种材料有着相近的玻璃化转变温度和力学强度。以DETDA固化的树脂基体中,活性环氧稀释剂用量增加,拉伸强度变化不大,但材料的弹性模量在10%稀释剂用量时,达到最大值;树脂交联密度1000/Mc为2.35时,材料的模量和拉伸强度都处于相对较大值。聚酯纤维/Kevlar纤维和聚酯纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料的模量和强度,分别随着Kevlar纤维和碳纤维含量的增加而增加,有碳纤维的复合材料拉伸强度增加较大,断裂伸长率相对较小。实验显示:聚酯纤维混杂增强复合材料具有较好的可钻性,在钻压为1.5吨,钻速为32转/分的条件下,磨铣速度为4 mm·min~(-1)。     

渗透型改性环氧灌浆材料

以环氧树脂为主剂、脂肪族多胺为固化剂,以糠酮树脂、活性稀释剂糠醛丙酮、硅烷、Mannich型酚醛胺为主要改性材料的改性环氧灌浆材料,具有优异的渗透性,结合适当的施工工艺,可获得固化时间可调、固化物强度符合实际工程的渗透型改性环氧灌浆材料,并可用作多种用途。     

含刚性链节和脲端基聚醚增韧剂改性环氧树脂的研究———反应活性及力学性能

合成了一系列既含环氧丙烷聚醚（ＰＰＧ）柔性间隔基、又含刚性介晶结构单元的端脲基活性改性剂（ＬＣＥＵＰＰＧ），并对其改性环氧树脂Ｅ ５１／双氰双胺（Ｅ ５１／ｄｉｃｙ）体系的固化反应活性、改性剂含量对增韧体系动态力学性能及冲击性能的影响进行了研究．结果表明：ＬＣＥＵＰＰＧ的加入对固化体系具有明显的增韧作用，冲击强度提高了３～７倍；其对Ｅ ５１／ｄｉｃｙ固化反应具有明显的促进作用，可使固化反应表观活化能（Ｅａ）降低５０～７０ＫＪ／ｍｏｌ、固化温度降低３０～４０℃；体系的玻璃化转变温度（Ｔｇ）略有下降，但模量基本不降低或略有升高；β 转变向低温方向移动．     

含苯乙炔基的可交联聚芳醚酮交替共聚物的合成与热性能

以耐高温高性能树脂-聚芳醚酮作为研究对象, 从改善材料的加工工艺性及提高材料的使用温度出发, 对含有苯乙炔基的交替共聚物进行了系统研究. 实验结果表明, 该系列聚合物固化前具有较好的溶解性, 固化过程中显示出较好的热稳定性, 固化后具有较高的玻璃化转变温度和优异的热稳定性与热氧稳定性, 且降低聚合物的分子量没有对固化物的热性能产生明显影响, 在高性能复合材料基体树脂方面具有潜在的应用价值.     

双酚S/双酚A环氧树脂固化物的相容性研究

采用高分子材料动态力学谱（TBA）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）两种方法研究了双酚S／双酚A环氧树脂／芳胺固化体系的固化过程。探讨了在双酚S环氧树脂（BPSER）和双酚A环氧树脂（BPAER）以不同质量比与固化剂4，4'- 二氨基二苯甲烷（DDM）组成固化体系中，所得固化产物的相容性。结果表明，在一个很宽的BPSER／BPAER比例范围，其固化产物具有良好的相容性。     

耐高温可溶性聚酰亚胺树脂及其复合材料

制备了2种耐高温可溶型聚酰亚胺树脂(PI-1, PI-2)及其复合材料, 系统研究了树脂的工艺性, 纯树脂固化物的热性能及其复合材料的界面形貌、 介电性能和力学性能. 研究结果表明, 树脂低聚物在极性非质子溶剂中具有良好的溶解性, 且熔体黏度较低, 表明其具有优异的加工性能. 两种树脂固化物在空气中的5%热失重温度均高于550 ℃, PI-1树脂的玻璃化转变温度(T_g)为430 ℃, PI-2树脂的T_g为380 ℃. 石英纤维/PI-1和石英纤维/PI-2复合材料具有较低的介电常数和介电损耗. 碳纤维/PI-1复合材料在420 ℃下的弯曲强度保持率可达62%, 层间剪切强度保持率可达48%, 具有较优异的高温力学性能. 采用普通模压工艺制备了厚度高达45 mm的复合材料制件, 进一步证明这2种树脂具有优异的工艺性.     

硅炔杂化树脂改性有机硅树脂及其复合材料的性能

用一种硅炔杂化树脂聚（甲基硅烷-二乙炔基苯）（PSP）改性有机硅树脂（HS）,通过FT—IR和TGA研究了树脂体系的固化反应及耐热性,并对制备的复合材料进行力学性能、耐热性能和介电性能研究。结果表明：当HS与PSP的质量比为5：5时综合性能最优,树脂体系在氮气氛围下质量损失5％时的温度（T幽）为691℃,1000℃时质量保留率为88％;HS—PSP树脂短切玻纤复合材料冲击强度为21kJ／m^2,弯曲强度为65MPa,200℃时的弯曲强度高温保留率为78％,介电常数为4．6,介电损耗因数为7．9×10,体积电阻为6．7×10^13Ω。改性后的复合材料具有优异的力学、耐热和介电性能。     

扩链脲改性环氧树脂E-51/双氰双胺(dicy)体系的固化行为

反应活性;扩链脲改性环氧树脂E-51/双氰双胺(dicy)体系的固化行为     

含柔性间隔基的扩链脲增韧环氧树脂性能研究：环氧树脂／扩链脲／双氰…

合成了含不同分子量柔性间隔基的扩链脲，并对其与双氰双胺共同固化环氧树脂体系的反应活性，抗冲击性能，动态力学性能，形态结构及贮存性能进行了考察。结果表明：含分子量为４００的聚乙二醇柔性链的扩链脲／双氰双胺／环氧树脂固化体系的抗冲击强度较单纯双氰双胺／环氧树脂固化体系提高了７倍左右，其冲击试样断面电镜归咎呈韧性断裂的特征。     

功能基化介晶高聚物增韧环氧树脂性能研究——材料断裂面形态结构与力学性能的关系

在系统研究含介晶基团的高聚物ＬＣＥＵＰＰＧ增韧环氧树脂Ｅ ５１／双氰双胺（ｄｉｃｙ）固化体系固化反应活性、反应机制、动态力学行为及冲击性能的基础上,以扫描电镜（ＳＥＭ）为手段,对材料断裂面的形态结构进行了研究,并对体系的形态结构与动态力学行为、冲击性能之间的关系进行了探讨．结果表明,改性后材料断裂面的形态均呈微观两相网络结构,明显不同于未改性体系,正是由于两相网络结构的存在,导致了改性体系的冲击强度大幅度提高．     

一种液晶环氧增韧环氧树脂的研究

环氧树脂具有优异的机械性能 ,耐高温以及良好的加工工艺性 .被广泛用于机械、航天、船舶等领域 .由于环氧树脂固化后断裂延伸率小 ,脆性大 ,使其应用受到了一定的限制 .为此 ,国内外学者对环氧树脂进行了大量的改性研究工作 .用含有“柔性链段”的固化剂固化环氧 ,在交联网络中引入柔性链段[1] ;在环氧基体中加入橡胶弹性体[2 ] 、热塑性树脂[3 ,4] 、液晶聚合物[5,6] 等分散相或用热固性树脂连续贯穿于环氧树脂网络中形成互穿、半互穿网络结构[7] ,以改善环氧树脂的韧性 .本文采用液晶环氧化合物原位复合增韧环氧树脂 ,考察了液晶环氧对环…     

2－乙基－4－甲基咪唑固化环氧树脂的固化反应机理、动力学及其反应活性

 本文应用ＤＳＣ和ＦＴＩＲ对２－乙基－４－甲基咪唑固化双酚Ａ二缩水甘油醚型环氧树脂体系的固化反应机理和２－乙基－４－甲基咪唑固化双酚Ａ二缩水甘油醚型、缩水甘油酯与脂环型环氧树脂体系的固化反应特征、动力学及其反应活性进行了研究．结果表明，双酚Ａ二缩水甘油醚型环氧树脂／咪唑体系的固化反应是分两步独立进行的，第一步是加成反应，第二步是催化聚合反应．缩水甘油酯与脂环型环氧树脂（ＴＤＥ－８５）／咪唑体系的固化反应过程也分两步进行，第一阶段反应主要是缩水甘油酯型环氧基进行的加成反应和催化聚合反应，第二阶段主要是脂环型环氧基进行的加成反应．各体系第一阶段的表现反应活化能均低于第二阶段活化能．当ＴＤＥ－８５型环氧树脂中引入缩水甘油醚型环氧树脂后，固化反应速率均较ＴＤＥ－８５环氧树脂单独固化时快．     

DAIP改性环氧树脂研究

采用共固化的方法,得到酚醛环氧树脂(F-51)和间苯二甲酸二烯丙基酯(DAIP)的共固化树脂。实验结果表明:DAIP的加入降低了F-51环氧树脂的粘度[体系粘度为150～350mPa·s(25℃)],利于工艺操作;提高了F-51环氧树脂的耐热性,热变形温度达200℃。研究了F-51环氧树脂和DAIP共固化的固化行为、不同配比对共固化物形态结构的影响;并研究了不同配比对固化物耐热性的影响。     

二维红外相关光谱在双氰胺固化环氧树脂体系中的应用

利用原位红外加热炉模拟双氰胺固化环氧树脂体系的固化反应过程,实时测试并记录反应过程中官能团结构的变化;将一维红外光谱和二维红外光谱相结合进行分析,给出固化过程中各官能团的变化顺序和趋势。 在双氰胺固化环氧树脂体系中,双氰胺首先分解成氰基胺,然后再和环氧树脂发生开环加成反应,生成亚胺结构,通过重排生成酰胺结构。 双氰胺分解为氰基胺的反应是可逆反应。 将原位红外、一维红外与二维红外三者结合是阐明热固性树脂固化反应机理的非常有效的手段。     

2－乙基－4－甲基咪唑固化环氧树脂的固化反应机理、动力学及其反应活性

本文应用ＤＳＣ和ＦＴＩＲ对２－乙基－４－甲基咪唑固化双酚Ａ二缩水甘油醚型环氧树脂体系的固化反应机理和２－乙基－４－甲基咪唑固化双酚Ａ二缩水甘油醚型、缩水甘油酯与脂环型环氧树脂体系的固化反应特征、动力学及其反应活性进行了研究．结果表明，双酚Ａ二缩水甘油醚型环氧树脂／咪唑体系的固化反应是分两步独立进行的，第一步是加成反应，第二步是催化聚合反应．缩水甘油酯与脂环型环氧树脂（ＴＤＥ－８５）／咪唑体系的固化反应过程也分两步进行，第一阶段反应主要是缩水甘油酯型环氧基进行的加成反应和催化聚合反应，第二阶段主要是脂环型环氧基进行的加成反应．各体系第一阶段的表现反应活化能均低于第二阶段活化能．当ＴＤＥ－８５型环氧树脂中引入缩水甘油醚型环氧树脂后，固化反应速率均较ＴＤＥ－８５环氧树脂单独固化时快．