環(huán)氧-氰酸酯-聚醚酮半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本文采用酚酞基聚醚酮(PEK-C)與環(huán)氧樹(shù)脂(EP)加熱共混的方法，以氰酸酯樹(shù)脂(CE)為固化劑，制備出具有半互穿結(jié)構(gòu)(semi-IPN)的聚合物。本文系統(tǒng)地研究了此共混體系的固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、固化物的結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性能、耐熱性能、微觀形貌及增韌機(jī)理。 應(yīng)用差示掃描量熱儀(DSC)采用升溫掃描法確定了共混樹(shù)脂體系的固化工藝，分析了PEK-C含量對(duì)樹(shù)脂體系反應(yīng)活性的影響并擬定出不同樹(shù)脂體系的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果表明，此樹(shù)脂體系的固化工藝

2、為：1.50℃/4h+200℃/2h+230℃/4h，在此工藝下所有樹(shù)脂體系均可達(dá)到最大反應(yīng)程度；PEK-C能促進(jìn)CE的自聚、降低環(huán)氧基與三嗪環(huán)的反應(yīng)活性，在150℃和200℃下隨著PEK-C的含量從0wt％增加到15wt％，樹(shù)脂體系的凝膠時(shí)間分別從4320s和690s縮短到1920s和208s，固化體系的表觀反應(yīng)活化能從77kJ/mol增加到85kJ/mol；所有樹(shù)脂體系的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)均保持在0.9左右，PEK-C并沒(méi)有改變樹(shù)脂體系的

3、固化反應(yīng)機(jī)理，在達(dá)到最大反應(yīng)速度之前理論反應(yīng)速度高于實(shí)際反應(yīng)速度，達(dá)到最大反應(yīng)速度之后理論反應(yīng)速度與實(shí)際反應(yīng)速度基本一致。 采用傅利葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(FTIR)分別對(duì)凝膠態(tài)樹(shù)脂和固化態(tài)樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，計(jì)算了反應(yīng)基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)研究了固化后樹(shù)脂的交聯(lián)密度。結(jié)果表明，當(dāng)樹(shù)脂達(dá)到凝膠時(shí)，體系的結(jié)構(gòu)主要以氰酸酯自聚生成的二聚體和三嗪環(huán)為主，當(dāng)PEK-C含量從0wt％增加到15wt％時(shí)，氰酸酯基的轉(zhuǎn)化率

4、從0.58降低到0.45，三嗪環(huán)的生成率均達(dá)到0.7左右；當(dāng)樹(shù)脂固化后，體系的結(jié)構(gòu)主要以氰酸酯生成的三嗪環(huán)和環(huán)氧基生成的聚醚結(jié)構(gòu)為主，當(dāng)PEK-C含量從0wt％增加到15wt％時(shí)，三嗪環(huán)的剩余率從0.23提高到了0.55，環(huán)氧基基本反應(yīng)完全，其更多的形成了聚醚結(jié)構(gòu)；隨著PEK-C含量的增加，固化物的交聯(lián)密度有一定程度的降低，交聯(lián)點(diǎn)間的分子量與PEK-C百分含量呈Mc=10.2T+324.5的線性關(guān)系。 應(yīng)用材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以三點(diǎn)彎

5、曲法測(cè)定了固化物的斷裂韌性(KIC值和GIC值)，彎曲模量和彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)PEK-C含量從0wt％增加到15wt％時(shí)固化物的斷裂韌性(KIC值和GIC值)分別從0.99 MPa·m1/2和280KJ·m2增加到1.23 MPa·m1/2和443KJ·m2，當(dāng)PEK-C含量為15wt％時(shí)斷裂韌性達(dá)到最大值，其與未改性體系相比分別增加了20％和58％；隨著PEK-C含量的增加，材料的彎曲強(qiáng)度從117MPa增加到123MPa

6、而后又降低到了113MPa：材料的彎曲模量基本保持在2.90GPa。 分別利用熱變形溫度測(cè)試儀、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)、熱失重分析儀(TGA)測(cè)定了固化物的熱變形溫度(HDT)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)及相形態(tài)和熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，隨著PEK-C含量從0wt％增加15wt％，固化物的HDT從203℃增加到了207℃而后又降低到204℃；Tg從232℃增加到了234℃而后又降低到231℃，共混樹(shù)脂體系是一種單相的半互穿結(jié)構(gòu)；隨著P

7、EK-C含量的增加，材料的起始分解溫度(IDT)和分解活化能(Et)分別從360℃和174KJ/mol降低到353℃和154KJ/mol，質(zhì)量損失速度最大時(shí)的溫度(Tmax)則基本保持在400℃左右，固化物的熱穩(wěn)定性略微降低。通過(guò)電子掃描電鏡(SEM)觀察了固化物的斷面形貌，分析了此半互穿體系的增韌機(jī)理。結(jié)果表明：隨著PEK-C含量的增加，材料的斷面愈趨粗糙，呈現(xiàn)出韌性斷裂特征；當(dāng)PEK-C含量為5wt％-10wt％時(shí)，增韌機(jī)理主要是熱