非線性光學(xué)探針探測環(huán)氧樹脂類材料的表界面.pdf

1、環(huán)氧樹脂是一類具有良好粘接、耐腐蝕、絕緣、高強(qiáng)度等性能的熱固性高分子合成材料。可作為粘合劑、耐腐蝕涂料、電氣絕緣材料等運(yùn)用在電子、電氣、機(jī)械制造、化工防腐、航空航天、船舶運(yùn)輸、化學(xué)建材、水利水電及其他許多工業(yè)領(lǐng)域。環(huán)氧樹脂已經(jīng)成為各工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的重要基礎(chǔ)材料。也正是由于環(huán)氧樹脂在各行各業(yè)中都扮演著如此重要的角色，從而引起眾多研究者的關(guān)注。但是，由于表征技術(shù)有限，他們大多都只能利用紅外或是差示掃描量熱儀等對(duì)其本體結(jié)構(gòu)及固化進(jìn)行相關(guān)研

2、究，并不能對(duì)更為直接體現(xiàn)環(huán)氧樹脂作用效果的表界面結(jié)構(gòu)展開相關(guān)研究。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種具有獨(dú)特的界面敏感性和選擇性的二階非線性光譜技術(shù)—和頻振動(dòng)光譜儀(Sum frequency generation，SFG)在最近二十多年迅速發(fā)展起來，成為研究物質(zhì)表界面結(jié)構(gòu)最強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)手段之一。因此，本論文利用SFG光譜技術(shù)并結(jié)合其它表征手段對(duì)環(huán)氧樹脂展開了較為系統(tǒng)的研究，如外界環(huán)境對(duì)環(huán)氧樹脂的表面結(jié)構(gòu)的影響，環(huán)氧樹脂的表面及本

3、體的固化動(dòng)力學(xué)過程，環(huán)氧樹脂粘結(jié)性能與其表界面結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)探究等。得到以下結(jié)論:
　　(1)通過SFG和接觸角測試對(duì)環(huán)氧樹脂在不同環(huán)境下處理后表面結(jié)構(gòu)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn):丙二醇二環(huán)氧丙酯和間苯二酚二縮水甘油醚這兩種小分子環(huán)氧樹脂在潮濕空氣誘導(dǎo)下表面結(jié)構(gòu)受到的影響很小;然而熱處理會(huì)使兩種環(huán)氧樹脂表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，亞甲基向表面富集而親水的環(huán)氧基團(tuán)向環(huán)氧內(nèi)部富集。
　　環(huán)氧聚合物—環(huán)氧化聚丁二烯(B008-8)在同樣的環(huán)境處理?xiàng)l件下其表面結(jié)

4、構(gòu)并不受到環(huán)境改變的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)B008-8在ssp偏振組合中的特征峰2995cm-1是應(yīng)該歸屬于端乙烯基的CH2而非之前認(rèn)為的環(huán)氧峰，并通過取向計(jì)算分析得到，端乙烯基的取向是由傾角和扭角共同作用的結(jié)果，在表面呈現(xiàn)出有序而獨(dú)特的側(cè)立扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從而使其具有很強(qiáng)的SFG信號(hào)。
　　(2)選用DCPD作為研究對(duì)象來觀察環(huán)氧樹脂表面與本體的固化動(dòng)力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)在固化過程中表面與本體并不是同步固化進(jìn)行的。本體環(huán)氧樹脂的固化較為快速而且

5、能夠固化完全;表面的環(huán)氧樹脂固化相較于本體緩慢得多，并且即使延長固化時(shí)間也不能讓其達(dá)到完全固化的效果。
　　由靜態(tài)接觸角測試DCPD和雙酚A可分析得到二者的表面能。結(jié)果顯示雙酚A具有較高的表面能，也就是說在雙酚A為固化劑固化DCPD的體系中，表面主要被DCPD所占據(jù)而固化劑雙酚A含量較少，因而表面的DCPD不能被完全固化。通過改變固化溫度又進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)結(jié)論，由于表面固化劑少，即使升高固化溫度又或是延長固化時(shí)間對(duì)于表面的環(huán)氧樹脂

6、都不會(huì)起到作用，而在本體固化中固化溫度升高極大的加速了反應(yīng)的進(jìn)程。
　　(3)在測試具有剛性結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂DCPD和BPE粘結(jié)性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)Cu的粘結(jié)性能并不是太好。嘗試在DCPD和BPE中加入較為柔性鏈結(jié)構(gòu)的B008-8，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入B008-8后DCPD和BPE粘結(jié)性能顯著提高，還隨著B008-8的加入量增加而加強(qiáng)，并且加入了B008-8的共混體系在模擬加速老化試驗(yàn)后粘結(jié)力并沒有受到影響，仍舊具有很好的粘結(jié)性能。在分析

7、共混體系粘結(jié)性能增強(qiáng)的原因時(shí)發(fā)現(xiàn):B008-8的表面能比DCPD和BPE的表面能低;計(jì)算三種環(huán)氧樹脂與Cu的界面能的結(jié)果是B008-8與Cu的界面能是最低的。那么不管是直接與環(huán)氧樹脂接觸的底部Cu片，還是預(yù)處理后覆蓋在上面的Cu片真正與其接觸的實(shí)際是B008-8這種向表界面富集的柔性烷基鏈。從SFG譜圖分析中也直接證實(shí)了在共混體系中B008-8確實(shí)向表面富集。因此B008-8能增強(qiáng)體系的粘結(jié)強(qiáng)度，一是由于其與較為剛性結(jié)構(gòu)的DCPD和BP