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《環(huán)氧樹脂新型固化體系及其碳納米管復合材料的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、南京航空航天大學博士學位論文摘要環(huán)氧樹脂固化物因具有優(yōu)良的機械性能、電氣性能、耐熱性、耐化學藥品性能而廣泛應用于航空、航天、機械、電子等領域。然而，環(huán)氧樹脂和固化劑分開存儲的“兩相體系”存在的弊端以及環(huán)氧固化物脆性大影響了其性能的發(fā)揮。本文研究了固化劑和增強相對環(huán)氧樹脂性能的影響，從材料的制備、樹脂固化物的力學性能、電學性能、固化動力學等方面進行了試驗研究及理論分析。主要的研究工作分為兩個部分：1)環(huán)氧樹脂/微膠囊固化劑的研究針對環(huán)氧樹脂兩相固化體系的弊端，以2-乙基-4-甲基咪唑(EMI-2,4)固化劑為對象，研究了一種新型潛伏性固化
2、劑——微膠囊固化劑，用以提高樹脂體系的適用期。本文系統(tǒng)研究了固化劑的合成制備與優(yōu)化、固化體系動力學和樹脂固化物的力學性能。主要內容包括：為了提高咪唑固化劑的適用期、并降低其水溶性來滿足它作為微膠囊芯材的條件，本文首先對EMI-2,4固化劑進行改性，以大分子丁基縮水甘油醚(BGE)為改性劑合成了咪唑改性物1EMI-g-BGE，用FTIR、HNMR、元素分析對合成產物進行了表征和分析。以熱塑性聚醚酰亞胺(PEI)為壁材、采用乳液溶劑蒸發(fā)法將EMI-g-BGE包囊，研究表征了不同工藝條件與微膠囊的表面形貌、微膠囊的粒徑及分布和微膠囊的芯材含量
3、等的關聯(lián)，獲得了該體系的微膠囊最佳制備工藝：芯材壁材比為1：1、分散劑聚乙烯醇的濃度為8%、攪拌速度700rpm、溶劑蒸發(fā)溫度36℃。用非等溫DSC法研究了EMI-g-BGE和微膠囊固化劑的固化動力學，通過Kissinger微分法和Ozawa積分法得到了固化動力學參數。結果表明，兩種固化體系都屬于同一復雜反應、動力學模型均為自催化反應，包囊前后的反應動力學機理是一致的；表觀活化能從72.61kJ/mol提高到89.55kJ/mol，說明微膠囊固化劑的反應活性降低。研究證實：將所制備的微膠囊固化劑與環(huán)氧樹脂按芯材化學計量比混合均勻，該樹脂
4、體系可室溫穩(wěn)定存儲10個月而粘度幾乎不變。新固化體系固化物的性能研究表明：與EMI-2,4固化環(huán)氧樹脂的性能相比，微膠囊固化樹脂的沖擊強度提高了一倍多，而彎曲強度和拉伸強度沒有降低；熱失重測試表明微膠囊的加入沒有影響樹脂固化物的熱穩(wěn)定性。2)碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料的研究針對環(huán)氧樹脂固化物脆性大的缺點，本文將多壁碳納米管(MWNT)引入到環(huán)氧樹脂中，利用碳納米管自身優(yōu)異的力學、電學性能來提高復合材料的性能。論文對MWNT進行表面改性，首先用混酸超聲氧化MWNT使其表面帶有-COOH官能團，進一步酰氯化反應為-COOCl后用環(huán)氧樹脂固化
5、劑TETA進行胺化反應，得到表面帶有胺基等極性基團的TETA-MWNT。FTIR、Raman圖譜表明MWNT胺化反應成功并且沒有改變其自身的石墨結構，“反滴定”法測試了酸I環(huán)氧樹脂新型固化體系及其碳納米管復合材料的研究化MWNT表面的羧基含量，元素分析法測試了TETA-MWNT表面N元素含量，由此計算了MWNT表面羧基的轉化率為46.55%。將碳納米管及其改性物應用到環(huán)氧樹脂中，用超聲分散法制備碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料。改性前后MWNT的復合材料的力學性能及其對比實驗結果表明：胺化碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料(記為TETA-MWNT/E
6、P)的力學性能遠優(yōu)于碳納米管/環(huán)氧樹脂(記為MWNT/EP)、酸化碳納米管/環(huán)氧樹脂(記為a-MWNT/EP)復合材料。其機理在于：1）TETA-MWNT在環(huán)氧樹脂中的分散性提高，碳納米管之間的纏結團聚現(xiàn)象大大降低，F(xiàn)ESEM結果表明胺化后MWNT與樹脂的界面結合性及相容性得到了提高；2）TETA-MWNT/EP固化物的紅外光譜表明碳納米管表面-NH2與環(huán)氧基發(fā)生了開環(huán)固化反應，導致TETA-MWNT/EP復合材料的性能大幅度提高。不同含量的碳納米管的力學性能曲線表明：當TETA-MWNT添加量為0.75wt%時，復合材料的沖擊強度和拉
7、伸強度均達到最大值。應用“逾滲理論”研究了不同含量碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料的介電性能。當TETA-MWNT的體積含量小于4.14%時，材料的介電常數增加緩慢；而當TETA-MWNT含量大于4.14%時，介電常數增加迅速，呈現(xiàn)出突變，此時的含量在逾滲閾值附近。利用逾滲理論模型擬合，得到TETA-MWNT/EP復合材料的逾滲值fc為4.20%，與實驗結果相符。在1kHz時，當碳納米管含量為4.14%時，TETA-MWNT/EP復合材料的介電常數高達421，幾乎是樹脂基體的60倍，介電損耗為0.80，而MWNT/EP、a-MWNT/EP的介
8、電常數為391、120，介電損耗為2.15、0.88。說明TETA-MWNT/EP的介電性能比較好。復合材料的熱失重測試表明TETA-MWNT/EP的熱穩(wěn)定性較未改性樹脂有所提高，其中初始分解溫度提高了20
