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《環(huán)氧樹脂新型固化體系及其碳納米管復(fù)合材料的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文摘要環(huán)氧樹脂固化物因具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電氣性能、耐熱性、耐化學(xué)藥品性能而廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、電子等領(lǐng)域。然而，環(huán)氧樹脂和固化劑分開存儲(chǔ)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(qiáng)相對(duì)環(huán)氧樹脂性能的影響，從材料的制備、樹脂固化物的力學(xué)性能、電學(xué)性能、固化動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究及理論分析。主要的研究工作分為兩個(gè)部分：1)環(huán)氧樹脂/微膠囊固化劑的研究針對(duì)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(duì)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(dòng)力學(xué)和樹脂固化物的力學(xué)性能。主要內(nèi)容包括：為了提高咪唑固化劑的適用期、并降低其水溶性來(lái)滿足它作為微膠囊芯材的條件，本文首先對(duì)EMI-2,4固化劑進(jìn)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(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)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(guān)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(dòng)力學(xué)，通過(guò)Kissinger微分法和Ozawa積分法得到了固化動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，兩種固化體系都屬于同一復(fù)雜反應(yīng)、動(dòng)力學(xué)模型均為自催化反應(yīng)，包囊前后的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理是一致的；表觀活化能從72.61kJ/mol提高到89.55kJ/mol，說(shuō)明微膠囊固化劑的反應(yīng)活性降低。研究證實(shí)：將所制備的微膠囊固化劑與環(huán)氧樹脂按芯材化學(xué)計(jì)量比混合均勻，該樹脂
4、體系可室溫穩(wěn)定存儲(chǔ)10個(gè)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(qiáng)度提高了一倍多，而彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度沒有降低；熱失重測(cè)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(fù)合材料的研究針對(duì)環(huán)氧樹脂固化物脆性大的缺點(diǎn)，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(xué)、電學(xué)性能來(lái)提高復(fù)合材料的性能。論文對(duì)MWNT進(jìn)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(tuán)，進(jìn)一步酰氯化反應(yīng)為-COOCl后用環(huán)氧樹脂固化
5、劑TETA進(jìn)行胺化反應(yīng)，得到表面帶有胺基等極性基團(tuán)的TETA-MWNT。FTIR、Raman圖譜表明MWNT胺化反應(yīng)成功并且沒有改變其自身的石墨結(jié)構(gòu)，“反滴定”法測(cè)試了酸I環(huán)氧樹脂新型固化體系及其碳納米管復(fù)合材料的研究化MWNT表面的羧基含量，元素分析法測(cè)試了TETA-MWNT表面N元素含量，由此計(jì)算了MWNT表面羧基的轉(zhuǎn)化率為46.55%。將碳納米管及其改性物應(yīng)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(fù)合材料。改性前后MWNT的復(fù)合材料的力學(xué)性能及其對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：胺化碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(記為TETA-MWNT/E
6、P)的力學(xué)性能遠(yuǎn)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(fù)合材料。其機(jī)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(jié)團(tuán)聚現(xiàn)象大大降低，F(xiàn)ESEM結(jié)果表明胺化后MWNT與樹脂的界面結(jié)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(yīng)，導(dǎo)致TETA-MWNT/EP復(fù)合材料的性能大幅度提高。不同含量的碳納米管的力學(xué)性能曲線表明：當(dāng)TETA-MWNT添加量為0.75wt%時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和拉
7、伸強(qiáng)度均達(dá)到最大值。應(yīng)用“逾滲理論”研究了不同含量碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的介電性能。當(dāng)TETA-MWNT的體積含量小于4.14%時(shí)，材料的介電常數(shù)增加緩慢；而當(dāng)TETA-MWNT含量大于4.14%時(shí)，介電常數(shù)增加迅速，呈現(xiàn)出突變，此時(shí)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(fù)合材料的逾滲值fc為4.20%，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。在1kHz時(shí)，當(dāng)碳納米管含量為4.14%時(shí)，TETA-MWNT/EP復(fù)合材料的介電常數(shù)高達(dá)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(shù)為391、120，介電損耗為2.15、0.88。說(shuō)明TETA-MWNT/EP的介電性能比較好。復(fù)合材料的熱失重測(cè)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
