氰酸酯基納米復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、氰酸酯樹脂是一種新型的熱固性樹脂,它在寬廣的溫度和頻率范圍內(nèi)保持低且穩(wěn)定的介電常數(shù)和介電損耗,并具有良好的耐熱性能和工藝性能,這些性能使氰酸酯樹脂擁有作為高性能復(fù)合材料基體樹脂的優(yōu)越性,但其韌性和模量還有待進(jìn)一步提高。本論文是希望通過(guò)無(wú)機(jī)納米粒子改性氰酸酯樹脂體系的研究,獲得具有優(yōu)良的機(jī)械、化學(xué)、熱及介電等性能的氰酸酯樹脂基復(fù)合材料,同時(shí)探討納米粒子改性氰酸酯樹脂體系固化反應(yīng)的變化,結(jié)構(gòu)性能關(guān)系等基礎(chǔ)問(wèn)題。
　　 第一部分利用異

2、氰酸酯和羥基的反應(yīng)以及聚脲化學(xué)反應(yīng)將芳香族二胺(MDA)接枝到凹凸棒表面,制備了有機(jī)改性的凹凸棒。經(jīng)過(guò)MDA修飾后的凹凸棒的與氰酸酯單體相容性明顯改善,在單體中的懸浮穩(wěn)定性得到有效提升。并成功制得共價(jià)鍵合的凹凸棒/氰酸酯納米復(fù)合材料。研究了凹凸棒在氰酸酯樹脂單體中形成的愈滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),探討化學(xué)改性后凹凸棒在氰酸酯單體中的分散形態(tài)以及隨濃度變化的趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)改性凹凸棒的加入會(huì)明顯增大體系的粘度并使其表現(xiàn)出一定的剪切變稀行為,8wt％含量高剪切

3、下的粘度比純樹脂單體增大了10倍,并發(fā)現(xiàn)其在氰酸酯單體中的臨界愈滲濃度在10wt％左右。通過(guò)DSC和化學(xué)流變的測(cè)試證明了改性凹凸棒粘土對(duì)氰酸酯樹脂固化強(qiáng)烈的催化作用,發(fā)現(xiàn)粘土的加入能明顯降低氰酸酯固化的放熱峰溫,并且將此催化作用主要?dú)w因于改性后粘土表面豐富的氨基。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)由于氰酸酯樹脂固化后期擴(kuò)散控制的特性,加入粘土導(dǎo)致的體系粘度上升會(huì)使凝膠后固化反應(yīng)受阻,可能導(dǎo)致固化后樹脂的交聯(lián)密度有所降低。FTIR,DMA等手段證明了凹凸棒和氰

4、酸酯之間形成的異脲結(jié)構(gòu)鍵合,結(jié)合氰酸酯與氨基反應(yīng)的基本理論,給出了可能的反應(yīng)途徑,合理地解釋了異脲結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)的進(jìn)行不斷消失的現(xiàn)象。復(fù)合材料的彎曲模量、強(qiáng)度和斷裂韌性隨著凹凸棒含量的增加而提高,8wt％含量的三個(gè)值較純樹脂分別提高40％,42％和55％。最終結(jié)合對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的表征,提出了雜化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概念,合理地解釋了隨粘土含量的變化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的變化以及對(duì)其力學(xué)性能的影響。
　　 第二部分用制備了POM有機(jī)衍生物,采用溶劑

5、混合的方法制備了POM/氰酸酯納米復(fù)合材料,實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)粒子在樹脂中的均勻分散,同時(shí)制備的復(fù)合材料薄膜也是第一次報(bào)道的氰酸酯基納米復(fù)合材料的薄膜。薄膜的介電常數(shù)和介電損耗與純樹脂相比明顯下降,介電性質(zhì)得到有效改善。DSC測(cè)試發(fā)現(xiàn)改性后的POM粒子對(duì)氰酸酯的固化有一定的催化作用,使其能在較低的溫度下完成固化；TEM觀察發(fā)現(xiàn)POM粒子能均勻的分散在氰酸酯樹脂中,高含量(10wt％)的情況下有一定團(tuán)聚發(fā)生,但POM/氰酸酯納米復(fù)合材料保持了純樹