CE-EP基體的改性及微結(jié)構(gòu)的正電子湮沒譜學(xué)研究.pdf

1、氰酸酯樹脂(CE)和環(huán)氧樹脂(EP)是綜合性能優(yōu)良的熱固性樹脂。目前，國內(nèi)外對CE或EP的改性已有大量的文獻(xiàn)報道，但對以CE/EP為基體的復(fù)合材料的報道相對較少。CE和EP的相互改性，實現(xiàn)了兩者在性能上的互補，擴大了CE或EP的應(yīng)用范圍，具有一定的實用價值，但在很多場合仍不能滿足需要。為了進(jìn)一步擴大CE/EP復(fù)合材料的應(yīng)用，向體系中引入第三相對其進(jìn)行復(fù)合改性仍具有十分重要的意義。橡膠(BN)以其獨特的物理化學(xué)特性常用來做為樹脂基體的增韌

2、改性劑，而具有活潑官能團(tuán)的液體丁腈橡膠(端羥基液體丁腈橡膠HTBN或無規(guī)羧基液體丁腈橡膠CRBN)與樹脂基體具有良好的相容性，可以與樹脂基體形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，常用做樹脂基體的增韌劑和固化劑；此外，剛性無機粒子在提高樹脂基體的力學(xué)強度方面也表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，常用做改性樹脂基體的填料劑。本課題期望通過引入第三相(液體橡膠或無機粒子)來實現(xiàn)對CE/EF基體的改性，從而得到綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料，并運用正電子湮沒壽命譜(positron ann

3、ihilation lifetime spectroscopy，PALS)對復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。主要工作及其結(jié)果如下：
　　 1、不同液體橡膠(HTBN和CRBN)含量對CE/EP樹脂基體的改性研究
　　 采用直接共混法分別制備了CE/EP/HTBN和CE/EP/CRBN兩種復(fù)合材料。力學(xué)性能測試結(jié)果表明，適量橡膠的加入可以顯著提高CE/EP基體的沖擊強度和彎曲強度，當(dāng)橡膠含量>8％時，則改性體系的力學(xué)性能沒有明

4、顯提高，但總體力學(xué)性能均高于CE/EP基體。通過SEM觀察了復(fù)合材料的斷口形貌，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過橡膠改性的CE/EP基體的斷口形貌粗糙度增加，說明改性體系的韌性得到提高。TEM觀察了HTBN和CRBN在CE/EP基體中的相形態(tài)，發(fā)現(xiàn)HTBN比CRBN在CE/EP基體中具有更好的分散性。運用FT-IR、DSC分析了CE/EP/HTBN和CE/EP/CRBN兩種復(fù)合材料的固化行為，詳細(xì)闡述了其固化反應(yīng)機理，CE/EP(70/30)改性體系的固化產(chǎn)物

5、主要為三嗪環(huán)、噁唑啉結(jié)構(gòu)和噁唑烷酮，而CE/EP(30/70)改性體系的主要產(chǎn)物為聚醚網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、噁唑烷酮和異氰酸脲酯。盡管液體橡膠的耐熱性較差，但從改性體系的TGA表征結(jié)果來看，向CE/EP體系中引入適量液體丁腈橡膠之后，對改性體系的耐熱性影響不大，主要因為在于CRBN良好的反應(yīng)活性，以及HTBN的良好分散性對固化產(chǎn)物的影響，從而使得復(fù)合材料的耐熱性能得以保持。
　　 2、無機粒子(nano-CaCO3)不同含量對CE/EP(7

6、0/30)體系性能的影響
　　 采用無機剛性粒子nano-CaCO3作為CE/EP(70/30)樹脂基體的改性劑，制備了CE/EP(70/30)/nano-CaCO3復(fù)合材料。力學(xué)性能測試結(jié)果顯示，適量nano-CaCO3的加入對CE/EP(70/30)樹脂基體的沖擊強度和拉伸模量的提高是有利的。SEM結(jié)果顯示，nano-CaCO3含量較少時在CE/EP(70/30)樹脂基體中分散性較好，可賦予樹脂基復(fù)合材料更好的物理力學(xué)性能，

7、起到增強增韌的作用，當(dāng)nano-CaCO3含量較多時，容易發(fā)生團(tuán)聚，從而影響改性效果。DSC、TGA分析結(jié)果顯示，nano-CaCO3的加入對CE/EP(70/30)樹脂基體的固化溫度沒有顯著影響，而由于改性體系中兩相間較強的界面作用和無機相nano-CaCO3較高的分解溫度使得復(fù)合材料具有良好的耐熱性能。
　　 3、復(fù)合材料的自由體積特性研究
　　 通過運用PAIS技術(shù)對CE/EP/BN復(fù)合材料自由體積特性及橡膠和樹脂

8、基體兩相界面作用的分析，印證了CRBN和HTBN對CE/EP基體的增韌機理。達(dá)到納米級分散的HTBN橡膠粒子能夠進(jìn)入到CE/EP交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的自由體積之中，對樹脂基體的自由體積具有切割作用，減小了自由體積尺寸；CRBN分散性較HTBN稍差，但其反應(yīng)活性較高，與CE/EP基體強烈的界面相互作用，使得CE/EP基體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，自由體積尺寸變小。采用正電子湮沒譜學(xué)中的正電子湮沒壽命-動量關(guān)聯(lián)測量系統(tǒng)(positron age-moment