環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料固化性能的研究——?jiǎng)討B(tài)扭振法的最新應(yīng)用.pdf

1、高分子科學(xué)的蓬勃發(fā)展無疑使其在21世紀(jì)化學(xué)領(lǐng)域中占有特殊的地位。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對于高分子材料性能的要求越來越高，并且日趨多樣化。聚合物基納米復(fù)合材料在基本性質(zhì)上有著普通復(fù)合材料所具有的共同特點(diǎn)，同時(shí)有其特殊性：它能夠綜合發(fā)揮各種組分的協(xié)同效應(yīng)；可以針對納米復(fù)合材料的性能需求進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制造；可按照需要加工，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)特征直接加工材料的形狀。聚合物基納米復(fù)合材料的特殊性質(zhì)使其成為了工業(yè)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室研究的熱點(diǎn)。

2、 本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料的研究。當(dāng)環(huán)氧樹脂的丙酮溶液傾入水中時(shí)，會形成環(huán)氧樹脂/水微乳液，顯微鏡照片顯示形成的環(huán)氧樹脂微液滴的尺寸為1-3μm。當(dāng)把醋酸鹽的甲醇溶液與之混合再加入到硫化鈉的水溶液中，沉淀迅速析出，乳液顏色發(fā)生明顯變化(使用醋酸鎘時(shí)乳液變?yōu)辄S色，使用醋酸鉛時(shí)乳液為黑色)，經(jīng)過分離之后得到粘稠的產(chǎn)物。XRD、UV反射吸收譜和TEM研究表明分散再環(huán)氧樹脂中的硫化物顆粒為納米量級微粒。 對于熱固性樹脂基復(fù)

3、合材料，除了化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)還必須建立相應(yīng)的固化指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)室自行研制的樹脂固化儀，基于動(dòng)態(tài)扭振法(DTVM)，能夠快速定量跟蹤熱固性樹脂基復(fù)合材料的固化過程，為固化條件的確定和固化指標(biāo)的建立提供了便利。動(dòng)態(tài)扭振法已成功應(yīng)用于多種熱固性樹脂和樹脂基復(fù)合材料固化性能的研究。 本論文的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就是應(yīng)用動(dòng)態(tài)扭振法對環(huán)氧樹脂/PbS納米復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂/CdS納米復(fù)合材料的固化行為進(jìn)行研究，通過改變納米顆粒的含量，固化劑(2-乙基-4-甲

4、基咪唑)用量以及固化溫度，監(jiān)測不同條件下的固化過程，求取固化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并應(yīng)用相關(guān)理論對固化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 (1)由動(dòng)態(tài)扭振法得到的納米復(fù)合材料與純環(huán)氧樹脂體系的等溫固化曲線形狀相似，從固化曲線中直接得到凝膠化時(shí)間tg、完全固化時(shí)間tc、半固化時(shí)間t1/2等參數(shù)。隨著固化溫度的提高，固化速率增加，凝膠化時(shí)間縮短。而在凝膠點(diǎn)之后的反應(yīng)中，由于納米顆粒的影響，固化反應(yīng)速率變慢，在較高溫度和較高納米顆粒含量的情況下，納米顆粒對固化的阻

5、礙效應(yīng)起了決定性作用。 (2)應(yīng)用Hsich非平衡態(tài)熱力學(xué)漲落理論對不同納米顆粒含量的環(huán)氧樹脂 E51/PbS(CdS)/2,4-EMI納米復(fù)合材料的固化行為進(jìn)行理論預(yù)估，理論曲線與實(shí)驗(yàn)等溫曲線符合良好。并通過松弛時(shí)間τ與固化溫度T之間的Arrhenius關(guān)系求取固化反應(yīng)的表觀活化能。(3)應(yīng)用Flory凝膠化理論求取固化反應(yīng)的表觀活化能。添加納米顆粒體系的活化能與純的樹脂體系活化能相差不大，說明納米顆粒的加入并沒有改變

6、樹脂體系的固化機(jī)理。(4)將描述結(jié)晶過程的Avrami方程應(yīng)用于聚合物基納米復(fù)合材料固化行為的分析。隨著固化溫度的提高，速率常數(shù)k增大。在較高的固化溫度下n值一般較小，這是因?yàn)槟z點(diǎn)后的固化反應(yīng)主要受擴(kuò)散控制，在較高溫度下固化過程中質(zhì)量傳遞的受限程度要多一些。用Avrami方程也可求出凝膠點(diǎn)后固化反應(yīng)的表觀活化能，與Flory理論求得的值相比略有減小。(5)應(yīng)用DSC法對聚合物基納米復(fù)合材料進(jìn)行固化行為分析。納米顆粒的加入對固化反應(yīng)的完