基于高温固化的环氧沥青开发及性能表征

介绍了一种自主开发的新型高温固化环氧沥青,利用旋转黏度仪、万能试验机、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMTA)分别测试环氧沥青的黏度、拉伸性能、微观形貌特征及动态机械性能,并测试环氧沥青混合料的马歇尔强度、高温抗车辙及低温抗开裂性能。结果表明,在施工温度下,环氧沥青黏度增长较缓慢,能够满足施工要求;环氧沥青拉伸性能良好,其拉伸强度及断裂伸长率均明显高于技术要求;环氧沥青固化后形成沥青分散在环氧树脂中的海岛结构,沥青与环氧树脂相容性良好;环氧沥青的玻璃化转变温度比纯环氧树脂的低,且随着温度的升高,其储能模量比环氧树脂的降低更快。环氧沥青混合料高温抗车辙能力及低温抗开裂能力均十分优异,其强度形成快,可缩短养护时间,实现快速通车。     

环氧沥青的固化反应和微观结构

采用傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、介电分析(DEA)和差示扫描量热分析(DSC)研究了环氧沥青等温固化反应过程中固化反应速率和转化率的变化。并利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)研究了环氧沥青固化反应过程中微观形貌的变化。实时FT-IR、DEA和DSC研究表明,120℃时环氧沥青固化2.5h后,反应完全结束,介电分析结果证明环氧沥青固化反应属于自催化反应。LSCM结果表明,沥青在环氧树脂交联网络中形成相分离,沥青聚集形成分散相,均匀地分散在环氧树脂形成的交联网络中。     

环氧沥青的热分析

采用差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TGA)研究了环氧沥青的固化行为,玻璃化转变和热稳定性,并与纯沥青进行了比较。DSC研究表明,环氧沥青的121℃等温固化反应属于自催化反应,自制的环氧沥青要比进口的环氧沥青固化速度快。经过环氧树脂固化后,沥青的玻璃化温度升高,在高温时出现的熔融峰消失。TGA结果表明,在热失重达到1%时,环氧沥青的热稳定性要高于纯沥青的热稳定性,并且自制环氧沥青的热稳定性要高于进口环氧沥青的热稳定性。     

生物质中温热熔预浸料用环氧树脂体系

采用生物质松香酸酐固化剂,通过配方设计和筛选,由配方体系成膜性、胶膜储存期、胶膜状态及DSC测试初步确定生物质环氧树脂体系的配方组成环氧树脂/固化剂/促进剂的质量比为100/60/3~4。由动态/稳态DSC测试和锥板旋转黏度计对体系的固化特征温度和黏度-温度-时间特性进行研究,结果确定树脂体系可在120~140℃完成固化,热熔法预浸温度范围60~85℃,其黏度在1500~5000mPa·s,其中70℃操作时间达180min。最后由红外光谱和DSC对生物质环氧体系的固化反应机理进行了研究。     

α-氨基酮光引发剂促进环氧/丙烯酸酯混杂树脂光-热的双固化

将光引发剂2-二甲氨基-2-苄基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮(PI-369)加入环氧树脂和环氧/丙烯酸酯混杂树脂,以紫外辐射和热激化树脂固化,以差示扫描量热(DSC)分析样品的起始放热温度,以红外光谱(FT-IR)分析环氧基团的变化,测量光、热固化样品的凝胶含量,比较PI-369光解前后对环氧树脂热固化的影响。引发剂PI-369经光照后可促进环氧与酸酐的反应,大幅降低环氧树脂固化的起始放热温度,显著促进光交联混杂树脂体系中环氧组分的热固化反应。混杂树脂经紫外辐射和80℃热固化12 h,凝胶含量可达95%以上。     

湿法缠绕用树脂体系黏度及固化动力学研究

采用旋转黏度计测试了液晶环氧树脂改性E-51树脂体系黏度,结果表明,在7h内该树脂体系黏度小于2000mPa·s,满足缠绕工艺黏度要求;用DSC法研究了该树脂体系固化动力学,T-β外推法推导出固化工艺参数,并确立固化工艺参数为75℃/2h+130℃/2h+180℃/2h,为液晶环氧树脂改性E-51树脂湿法缠绕工程化应用提供了理论依据。     

水性环氧乳化沥青固化条件和最佳配方研究

受品种繁杂的影响,目前对水性环氧乳化沥青的研究尚不够深入,应用也不多。以针入度和延度为指标,以室内试验为基础,系统地研究了水性环氧乳化沥青固化条件以及水性环氧树脂和固化剂掺量对乳化沥青性能的影响,以此确定水性环氧乳化沥青的固化条件和最佳配方。结果表明:在120℃的温度条件下,水性环氧乳化沥青的固化时间为6h;水性环氧乳化沥青的最佳配方为乳化沥青85%、水性环氧树脂11.1%~11.5%、固化剂3.5%~3.9%,在此条件下,水性环氧乳化沥青蒸发残留物的针入度(25℃)为88.0(0.1mm)、延度(5℃)为96mm、软化点为49.8℃。     

基于活性增韧剂改善冷拌环氧混合料路用性能

针对国内钢桥面铺装快速养护对高性能冷拌环氧树脂的迫切需求,本文通过添加活性增韧剂(RTA)对环氧树脂进行改性,并选用常温固化剂对改性环氧树脂进行固化.通过拉伸性能、DSC、反应温度、粘时曲线等综合分析了RTA掺量及固化剂种类对环氧树脂的影响,并优选两种冷拌环氧树脂(CE)进行混合料路用性能验证.结果表明:RTA的掺入可显著改善CE的断裂延伸率及微观相结构;G1和G2型固化剂均能满足施工和易性要求;Z15-G1和Z15-G2型冷拌环氧树脂混合料(CEM)的路用性能与热拌环氧沥青混合料(HEAM)及温拌环氧沥青混合料(WEAM)相当,但其低温抗裂性能和四点弯曲疲劳性能远优于HEAM和WEAM.     

Fe_3O_4气凝胶/超支化环氧化合物/环氧树脂复合材料的固化行为及性能表征

采用非等温差示扫描量热法(DSC)对Fe3O4气凝胶/超支化环氧化合物(EHBP)/环氧树脂(EP)固化体系的固化反应热行为及固化动力学进行了研究。分别利用Kissinger和Ozawa动力学模型计算得到各体系固化反应的表观活化能,并利用Crane模型计算出固化反应级数为一级反应;通过固化体系的DSC数据确定了体系的固化工艺为100℃2h→120℃2h→140℃1.5h;通过确定的工艺参数制备了Fe3O4气凝胶/EHBP/EP复合材料并进行了力学及吸波性能测试。结果表明,添加较低含量的Fe3O4气凝胶填料可保持纯环氧树脂基体的力学性能及低密度,同时在此基础上材料具有吸波性能,当Fe3O4气凝胶质量分数为1%时,Fe3O4气凝胶/EHBP/EP复合材料的拉伸强度为61.67MPa,冲击强度为16.36kJ/m2,密度为1.204g/cm3,8~18GHz的范围内的反射率均小于-10dB。     

环氧沥青黏度特性的研究

对自制环氧沥青在固化进程中的黏度进行了跟踪测试与分析。为了保证后期环氧沥青混合料顺利完成摊铺、碾压等一系列施工工序,研究了环氧树脂用量、温度、时间等因素对环氧沥青固化黏度的影响,通过对该体系黏度变化规律的研究,最终确定了实验中环氧沥青B组分的最佳用量以及合适的反应温度等组分配比,为环氧沥青施工工艺提供了理论依据。     

国产环氧沥青混合料固化强度增长规律研究

研究了环氧沥青混合料的强度形成机理,在此基础上对影响环氧沥青混合料强度的两个重要因素即混合料的容留时间、养生温度进行了研究,确定了不同温度下环氧沥青混合料的容留时间范围及强度增长规律;采用差示扫描量热法（DSC）测得环氧沥青结合料在不同升温速率下的动态DSC曲线,通过非线性回归求得固化动力学关键参数,建立环氧沥青结合料的固化反应模型。研究结果可以指导环氧沥青混合料的生产与施工,同时对铺装层开放交通时间的确定有参考意义。     

自修复环氧胶粘剂分子设计

在自修复聚合物复合材料中,修复剂黏度和高聚物强度是保证自修复过程实现的重要因素。文中以合成用于自修复材料的环氧树脂微胶囊为目的,在双酚A型环氧树脂(E-51)中加入稀释剂正丁基缩水甘油醚(BGE)降低黏度,采用傅里叶红外(FT-IR)分析稀释剂对环氧胶粘剂与微胶囊咪唑类固化剂交联反应的影响,表征了在固化过程中稀释剂参与环氧胶粘剂与咪唑类固化剂的交联反应;使用差示扫描量热(DSC)技术对该固化反应进行动力学研究,确定出稀释剂的最佳用量;通过拉伸实验测定了环氧树脂固化产物的强度,表明BGE的加入增强了环氧树脂的胶粘性能。     

基于流变学和分子动力学的环氧沥青高温性能研究

为研究环氧沥青的高温性能，制备了环氧树脂掺量不同的改性沥青进行动态剪切流变试验并探究了固化时间对环氧沥青流变性能的影响。结果表明，随着环氧树脂含量的增加及固化时间的延长，沥青的复数剪切模量G^*和车辙因子G^*/sinδ增大，相位角δ和蠕变变形量减小，这表明环氧树脂改性使沥青的刚性明显增强，有利于提高其抗车辙性能。基于分子动力学模拟了环氧沥青的流变行为，通过对内聚能密度(CED)、自由体积分数(FFV)和均方位移(MSD)的分析，揭示了环氧树脂改善沥青高温稳定性的内在机理。从宏观和分子尺度研究了环氧沥青的高温性能，为丰富环氧沥青材料的研究方法和评价手段提供了新的思路。     

双马来酰亚胺工艺改性及性能

采用脂肪族双马来酰亚胺(HMDA-BMI)对4,4’-二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)进行工艺改性,得到了一种低黏度、流动性好的基体树脂。当HMDA-BMI与BDM的摩尔比为1: 1时,黏度-温度曲线表明改性体系黏度可降低至0.50 Pa·s左右,低黏度平台的温度区间为85~175℃之间;黏度-时间曲线表明改性体系合适的充模温度为130~145℃,获得的改性基体树脂适合RTM成型工艺;通过DSC曲线确定了改性基体树脂固化工艺为160℃×2 h＋180℃×2 h＋200℃×2 h＋230℃×4 h;FTIR表明改性体系按照此工艺可以固化完全;DMA曲线和TG曲线分析结果表明改性体系的耐热性基本保持不变;共聚改性体系的拉伸强度和弯曲强度分别为80.1 MPa和116 MPa。      

蔗糖聚醚多元醇合成环氧沥青增容剂

用蔗糖聚醚(SPEPO)接枝C12-14烷基缩水甘油醚(1214GE),合成了对环氧树脂和石油沥青具有两亲性的接枝共聚物(SPEPO-g-1214GE),并用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(1H-NMR和13C-NMR)对产物进行了表征,并考察了SPE-PO-g-1214GE对4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)固化的环氧沥青材料的增容作用。根据Nielson模型,动态热力学分析(DMA)显示SPEPO-g-1214GE的加入,能够增加共混物中环氧树脂相与沥青相之间的界面层厚度。与没有增容的体系相比,30℃时固化物的储能模量增大20%。增容共混物的拉伸强度和冲击强度都要高于未增容的共混物。SPEPO-g-1214GE的添加量为4%(质量分数,下同)时,固化物的拉伸强度和缺口冲击强度达到最大值。扫描电镜(SEM)表明,SPEPO-g-1214GE含量在0%～4%时,环氧沥青固化物的分散相尺寸减小依赖于SPEPO-g-1214GE的含量增加。     

聚硅氧烷-氢化双酚A环氧树脂的制备与表征

采用氢化双酚A环氧树脂和含有活性基团的聚硅氧烷制备聚硅氧烷-氢化双酚A环氧树脂(PSEHBA),通过差示扫描量热(DSC)分析、监测树脂黏度的变化和环氧值的变化等方法研究了适宜的反应温度、时间及催化剂用量。结果表明,制备PSEHBA适宜的反应温度为140℃,反应时间为3.5h,催化剂用量为m(催化剂)∶m(聚硅氧烷)=2∶100。红外光谱分析表明,所制备的PSEHBA是聚硅氧烷和氢化双酚A环氧树脂由化学键结合而成的产物,DSC分析显示PSEH-BA只有一个玻璃化转变区且其玻璃化温度比纯聚硅氧烷升高了32.1℃,贮存稳定性试验显示其具有良好的贮存稳定性。     

沥青-环氧树脂复合材料体系的固化反应动力学研究

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究沥青-环氧树脂复合材料(EA)的固化反应动力学。分别采用n级反应模型和自催化反应模型对其固化反应动力学参数进行求解,并得到固化反应动力学方程,通过T~β外推法确定EA的固化工艺和最佳固化温度。分析结果表明,自催化反应模型在5~25℃/min升温范围内更适合描述EA体系的反应动力学;该体系的最佳固化条件应为:在130℃固化2h,在160℃固化3h。     

聚氨酯改性TDE-85/E-51环氧树脂的固化反应

以混合芳胺为固化剂,通过聚氨酯(PU)对4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)与二酚基丙烷缩水甘油醚(E-51)环氧树脂的混合树脂体系的改性,制备了高性能聚氨酯改性环氧树脂(PU/EP)。通过差示扫描量热法(DSC),确定了PU/EP体系的最佳固化条件,并探讨了PU/EP体系的固化反应动力学特征。研究结果表明,PU/EP体系的最佳固化条件为:25℃12h+150℃2h。PU/EP体系的固化反应活化能为69.18kJ/mol,反应级数为0.901。     

固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响

研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。     

低熔点固化剂对环氧树脂性能的影响

研究低熔点固化剂(MOEA)对环氧树脂性能的影响,并和以4,4′-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂的环氧树脂的性能进行对比。通过流变仪研究固化剂对环氧树脂体系的黏度-温度特性的影响;采用差示扫描量热法(DSC)研究固化剂对环氧树脂固化行为的影响;并通过万能材料试验机、动态热机械分析仪(DMA)和热失重分析仪(TGA)研究环氧树脂固化物的力学性能和热性能。结果表明,以MOEA为固化剂的环氧树脂(MOEA40)比以DDM为固化剂的环氧树脂(DDM30)具有更好的黏度-温度特性,在宽的温度区间(60~140℃)表现出低的黏度(0.2~3.5Pa·s)。固化工艺处理后,MOEA40的固化物表现出了优异的力学性能,其弯曲强度为147MPa,拉伸强度为89MPa,比DDM30的固化物的弯曲强度(134MPa)和拉伸强度(80MPa)分别提高了9.7%和11.2%。此外,MOEA40的固化物还具有高的玻璃化转变温度(168℃)和初始分解温度,在氮气条件下,其失重5%的温度为367℃。