论文部分内容阅读
环氧树脂具有机械强度高、电绝缘性好、固化收缩率小、成本低廉和配方组成加工手段灵活易变等优点，被大量用作涂料、胶粘剂、灌封材料以及复合材料等。但是环氧树脂质脆韧性差，限制了它在要求高强、高韧性以及高耐热领域的应用。弹性体增韧环氧树脂的效果显著，却使材料的耐热性和刚性有所降低；用热致性液晶聚合物，或其他与环氧树脂具有较好相容性、强度大和耐热性好的聚合物改性环氧树脂可以同时提高材料的韧性、耐热性和力学强度。本课题通过改进合成工艺，(1)采用相转移催化剂和环氧氯丙烷法合成了液晶环氧(PHQEP)；(2)通过酰氯化工艺制备出芳酯型二酐(BTAH)，经溶液缩聚法合成出聚酰胺酸(PAA)：(3)将PHQEP、PAA分别与环氧树脂(E-51)共混，以DDS为固化剂固化成型得到共混改性材料。
采用FTIR、1H-NMR和DSC等对PHQEP、PAA以及中间体的分子结构进行了表征。用POM、DSC、WAXD对PHQEP的液晶性进行了分析。通过非等温DSC法分别研究了PHQEP/E-51/DDS和PAA/E一51/DDS共混体系的固化动力学行为，用等转化率法计算了活化能Ea，用M(a)lek法预测了固化反应的动力学模型。通过冲击、拉伸、弯曲等静态力学实验、以及蠕变、应力松弛测试研究了改性材料的力学性能：通过DSC、rG、DIL以及导热仪研究了材料的热性能：通过DMA、SEM研究了PAA、PHQEP和E-5l的相容性以及增韧改性的机理。从以上实验和研究可得到如下结论：研究结果表明PHQEP和PAA都是齐聚物，PHQEP是向列相液晶，液晶区间180～225℃。从整体上来看，等转化率法求得PHQEP/DDS的活化能最高，而PHQEP/E-5l/DDS体系的活化能又高过E-51/DDS体系，PAA/E-51/DDS的活化能与E-51/DDS相近或还有偏低，说明PHQEP对共混体系的固化有阻碍作用，而PAA却有一定的促进作用。通过Malek法预测到自动催化模型适合用来模拟两个共混体系的固化过程，其中指数因子m、n之和接近2。PHQEP和PAA改性E-51都能同时提高材料的韧性、强度和耐热性。当PHQEP含量为E-51的5wt％时，共混材料的冲击强度相对纯E-51固化物提高了164％，同时初始分解温度提高了15℃、玻璃化转变温度提高近8.9℃、热变形温度提高近20。C和导热系数增大9.92％，说明材料的热性能得到改善：静态力学强度和模量以及动态实验时的储能模量也有很大提高。PAA改性E-51共混材料的冲击强度相对未经改性的环氧固化物提高可达3.15倍，而其他的力学强度、模量和耐热性都有一定的上升。从DMA和SEM分析看出共混材料中PAA和E-51、PHQEP/E-51的相容性较好，没有出现明显的相分离。PHQEP和PAA的刚性都较大，刚性结构进入环氧树脂的固化网络，使得环氧固化网络中除了化学交联外还有链段之间的相互作用和氢键等物理交联，使材料的玻璃化转变温度增加、耐热性增大，强度增大。PHQEP/E-51/DDS中既有E-51、PHQEP独立的固化网络也有PHQEP-E-51杂化的固化网络，另外PHQEP-E-51固化网络受PHQEP的影响有一定的取向趋势，这些复杂的、增强的和取向的网络吸收冲击能量的能力更强。PAA和E-51反应，局部固化网络交联密度降低，使得疏松和紧密的网络共存，使材料更易吸收冲击能量、分散应力。