耐高温异氰酸酯/ 环氧树脂固化历程与性能

以异氰酸酯为固化剂固化环氧树脂,通过比较不同固化条件下固化物结构的差异,研究了异氰酸酯与环氧树脂的反应历程;改变异氰酸酯/环氧树脂体系的化学计量比(I/E),采用FTIR/ATR、DSC、DMTA等研究了固化产物的结构与性能。结果表明,异氰酸酯与环氧树脂的固化历程随着温度的升高可分为三个阶段,第一阶段为异氰酸酯的三聚反应;第二阶段是一个复杂的过程,首先环氧树脂和异氰酸酯可反应生成嗯唑烷酮结构,通过嗯唑烷酮环扩链得到端畀氰酸酯基低聚物,可继续发生三聚反应;第三阶段为异氰脲酸酯与残余的环氧基团反应生成嗯唑烷酮结构,异氰脲酸酯六元环向噁唑烷酮五元环的转化是一个可逆的过程。不同的I/E比例可得到结构不同的固化物,不同的结构导致固化物性能的差异:当(I/E)=1.8时,综合力学性能良好,异氰酸酯/环氧树脂/玻璃纤维复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层剪强度分别为652.53、33270.63和31.66MPa,优于甲基四氢苯酐/环氧树脂/玻璃纤维复合材料力学性能;当I/E=2.0时,固化物T_g达到了305℃,明显优于传统的环氧树脂固化体系。     

环氧改性氰酸酯树脂研究

分别采用E20和E51环氧树脂与双酚A型二氰酸酯(BADCy)共聚来改善氰酸酯树脂的力学性能.用DSC,FTIR研究了两种不同分子量的环氧改性氰酸酯体系的反应性,发现E20和E51对BADCy的固化反应均有催化作用,但E20的催化作用强于E51.断面SEM表明,经E20和E51改性的BADCy断口处存在大量的韧涡.但改性体系的热变形温度(HDT)和吸水率有所下降,当配比(质量)相同时,E51/BADCy体系比E20/BADCy体系具有更高的HDT和较小的吸水率.     

氰酸酯／环氧树脂共混体系固化反应

运用DSC对F44酚醛环氧树脂、E51环氧树脂以及有机锡(DBTDL)与氰酸酯共混体系固化行为进行了研究,对固化动力学、固化反应机理及固化反应制度进行了分析.结果表明,利用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa方程计算所得的活化能相近,且三种相近树脂共混体系具有较低的活化能,即具有较高的反应活性.采用T-β外推法近似求得三种氰酸酯共混体系的固化制度.     

环氧涂层处理高模量碳纤维/ 氰酸酯复合材料

采用表面预涂环氧E51树脂的方法制备了具有层间柔性缓冲层的M40增强双酚A型二氰酸酯(BADCy)复合材料单向板。FT-IR、SEM及力学性能分析表明,高温下(180℃)环氧E51与BADCy反应形成柔性好且线胀系数(CTE)较低的五元噁唑烷酮环能有效地松弛复合材料界面间的层间应力。当E51处理液的浓度为10%时,M40/BADCy复合材料的层间剪切和弯曲强度分别由原来的69.8和1 080 MPa增加到78.1和1 110 MPa,提高了约12%和3%。     

氰酸酯树脂的改性与固化特性的热分析

从工程化应用的角度,综述了氰酸酯的改性工作、固化特性热分析以及在胶黏剂、复合材料等方面的最新研究进展。氰酸酯的改性涉及橡胶材料增韧改性、热塑性材料增韧改性以及与环氧、双马树脂的协同改性等。聚醚砜改性的氰酸酯胶黏剂能够获得满意的剪切强度和剥离强度,同时保持了较低的介电常数和介质损耗角正切。环氧树脂的加入也能够显著提高氰酸酯胶黏剂的强度,但电性能相对较差。改性的氰酸酯胶黏剂在175℃以下的温度范围内剪切强度可以保持30 MPa左右的水平,介质损耗角正切为0.0065,200℃热老化200 h后对于剪切性能无显著影响,且剥离强度取得了较满意的测试结果,蜂窝夹层结构的滚筒剥离强度高达83.2 N·mm/mm。DSC热分析研究固化动力学的多项结果表明,改性氰酸酯活化能的高低与固化峰值温度的高低可同步或相反变化。采用含有羟基的聚醚砜改性氰酸酯后,相比未改性氰酸酯其固化放热峰值温度降低20℃左右,但增韧改性后的固化反应活化能反而增加,可归因于反应机理的改变和位阻效应。对于固化放热峰值温度(Tp)随升温速率(?)的变化,建立了固化放热峰值温度Tp与ln?的线性方程Tp=T1+ΔT ln?,可以更合理地确定固化温度参数。     

单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂的介电性能

为了获得更低介电常数及介电损耗的材料,采用单官能团氰酸酯改性氰酸酯树脂,研究了单官能团单体对聚合物分子网络结构形成过程、反应过程的流变行为及固化产物性能的影响。研究结果表明,单官能团单体在固化反应初期参与反应比例较小,反应后期才逐步参与反应进入分子网络并促进反应程度的提高,改性树脂体系介电常数为2.8~2.9(7~18 GHz),介电损耗也有一定下降。     

Nano-Ti02/BMI/CE共聚物固化动力学及介电性能的研究

通过非等温差示扫描量热法(DSC)对纳米二氧化钛/双马来酰亚胺/氰酸酯(nano-TiO2/BMI/CE)树脂进行了动力学研究.通过Kissinger法、Ozawa法和Crane法求得了改性氰酸酯树脂体系的固化动力学参数.进而研究了不同固化工艺和后处理温度对nano-TiO2/BMI/CE共聚物介电性能的影响.结果表明...     

非等温DSC 研究低共熔点芳胺/ 环氧E44 固化动力学

采用非等温DSC法对低共熔点芳胺固化剂/环氧E44体系进行了固化动力学研究,通过Kissinger、Ozawa和Crane方法获得了该体系固化动力学参数:表观活化能E=49.2 kJ/mol,固化反应级数n=0.95,频率因子A=2.60×105s-1.固化动力学方程可表示为:((dα)/(dt))=2.60×105(1-α)0.95exp(-(49200/RT)).初步确定了该体系固化工艺条件为50℃/2 h、140℃/2 h、200℃后处理2h.填料B4C加入量对该体系固化过程的DSC曲线几乎无影响.     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。     

有机锡化合物催化氰酸树脂的性能

采用有机锡化合物作为氰酸酯树脂的固化反应催化剂,评价了催化剂对固化树脂的力学性能、耐热性、吸水率以及对复合材料力学性能的影响。结果表明加入有机锡催化剂后,氰酸酯固化树脂和复合材料具有优良的性能,其中固化树脂的弯曲强度为124MPa,冲击强度为12 6kJ/m²,玻璃化转变温度为258℃,复合材料的弯曲强度为742 6MPa,层间剪切强度为72 3MPa。这表明在有机锡化合物的催化作用下,氰酸酯充分表现出了高性能树脂基体的特性,同时也说明有机锡是氰酸酯固化反应的有效催化剂。     

民机内饰用阻燃环氧树脂及复合材料性能研究

合成一种无卤阻燃环氧树脂,并采用热熔法预浸工艺制备出玻璃纤维织物增强环氧树脂预浸料。通过DSC、流变仪等手段对树脂性能进行表征分析。将树脂与玻璃纤维织物进行复合制备预浸料并通过热压罐成型工艺制备复合材料,对复合材料的力学性能和阻燃性能进行表征分析。结果表明:该无卤阻燃环氧树脂及预浸料具有良好的工艺加工性,用其制备的复合材料试验件具有良好的力学性能和阻燃性能,垂直燃烧/水平燃烧、热释放速率、烟密度、烟毒性各项性能均可满足CCAR等适航标准的要求。     

与液氧相容性聚合物改性途径研究

针对环氧/氰酸酯共固化体系,以液氧冲击敏感性试验作为判定聚合物与液氧相容性的基本手段,重点研究了聚合物的抗氧化和阻燃性能与其液氧相容性之间的关系,证实了聚合物抗氧化性能的增强和阻燃性能的改善可以有效提高其与液氧的相容性.这为聚合物旨在改善与液氧相容性的改性指明了方法和途径,并由此获得两个具有良好液氧相容性的聚合物体系.     

氰酸酯/线性酚醛/环氧树脂三元体系的研究

 在氰酸酯树脂/ 环氧树脂体系中引入了线性酚醛树脂,得到氰酸酯树脂/ 环氧树脂/ 线性酚醛树脂三元共聚体系。采用差示扫描量热法(DSC) 研究了三元共聚体系的反应动力学,根据Kissinger 方程和Ozawa 方程得到体系的表观活化能( Ea) :62. 94kJ / mol,确定了体系的反应速率常数K。比较了纯氰酸酯树脂、氰酸酯/ 环氧树脂体系和三元树脂体系玻璃布层压板的力学性能、介电性能以及吸湿率。结果表明,线性酚醛树脂用量为15wt %的三元体系复合材料的弯曲强度和层间剪切强度分别比氰酸酯/ 环氧树脂体系复合材料提高了6 %和15 %,介电损耗和吸水率分别降低了33 %和8 %。     

高韧性环氧基体树脂的制备与性能

以N,N,N’,N’-四缩水甘油基-1,3-间苯二甲胺(TGMXDA)和双酚F环氧(DGEBF)作为基体,以4,4'-双[(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]联苯(6FBAB)和3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)作为固化剂制备了新型环氧基体树脂.研究了环氧基体与固化剂的结构和配比对环氧固化物耐热与力学性能的影响规律.结果表明,TGMXDA- DGEBF/6FBAB-DDS树脂体系固化物具有良好的力学性能,拉伸强度达到101 MPa,冲击强度＞20 kJ/m2,断裂伸长率＞6％.同时,该树脂体系还具有良好的耐热稳定性,氮气中的5％失重温度＞330℃.     

柔性缓冲层对T300／BADCy复合材料力学性能影响研究

为增强T300/BADCy复合材料的界面性能,用E51环氧树脂/丙酮溶液对T300纤维进行表面处理,在T300/BADCy复合材料界面处能形成柔性的口恶唑啉酮五元环缓冲层。利用红外光谱法研究环氧树脂与氰酸酯树脂的反应机理,并比较不同浓度E51环氧树脂处理液对复合材料力学性能的影响,发现经5wt%浓度的E51环氧液处理的T300/BADCy复合材料层间剪切强度提高了16%,弯曲强度提高了4%,当处理液的浓度大于5wt%时,T300/BADCy复合材料的力学性能有所下降。采用扫描电镜研究处理前、后T300/BADCy复合材料层间剪切断口形貌,发现未处理的T300/BADCy树脂复合材料断口的界面处存在明显裂纹,处理后的复合材料界面没有裂纹,且断裂主要发生在树脂基体内部。     

610 阻燃环氧树脂及复合材料性能研究

采用热熔法预浸工艺制备出一种玻璃纤维增强环氧树脂预浸料。通过DSC、动态黏度及TG对树脂的反应性和储存性及阻燃机理进行分析;同时采用热压罐成型工艺制备复合材料并对力学性能和阻燃性能进行评价。结果表明:树脂的起始反应温度为129℃,室温下储存期大于30 d,预浸料具有较好的铺覆性,复合材料具有良好的力学性能及优异的阻燃性能。     

高性能M40J/BADCy复合材料的研究

对E51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯(BADCy)体系的力学性能及热性能进行了研究,发现当E51环氧树脂的质量含量为5%时,改性体系的弯曲强度和冲击强度分别由原来的95.6MPa和9.24kJ/m²提高到了117.8MPa和12.6kJ/m²,而热变形温度仅下降8℃。以该改性体系为基体制作的M40J复合材料,其弯曲强度、模量和剪切强度分别高达:1270MPa,172GPa,68 9MPa。消泡剂BYK141能提高M40J/BADCy复合材料的力学性能,层间剪切强度可提高到77.1MPa。M40J/BADCy复合材料还具有良好的耐环境能力,是一种理想的航空航天结构材料。     

硅橡胶涂覆织物的阻燃和烧蚀性能

为了提高硅橡胶涂覆织物的阻燃和烧蚀性能,本文采用在硅橡胶组分中添加阻燃剂的方法,制备出新型阻燃硅橡胶涂覆织物,对其阻燃性能与烧蚀性能进行测试,并与军用硅橡胶涂覆织物进行对比分析。实验结果表明:新型阻燃硅橡胶涂覆织物W-1和W-2的阻燃性能分别优于军用硅橡胶涂覆织物J-1和J-2,氧指数更高,续燃时间更短;两者的烧蚀性能比较接近,阻燃硅橡胶涂覆织物的氧乙炔烧蚀试验的停车时温度略低、最高温升却略高,且烧蚀层、完好层相近。     

共固化复合材料/铝蜂窝夹层结构性能

采用共固化工艺制备了碳纤维增强复合材料面板/铝蜂窝夹层结构。通过考察固化压力对复合材料面板性能的影响确定了共固化的成型压力,对比分析了不同规格铝蜂窝及其夹层结构的力学性能。结果表明,对于薄面板,成型压力对面板力学性能的影响较小,规格为0.04 mm×4 mm的铝蜂窝制备的夹层结构具有更高的比强度和比刚度,且成型工艺性好。