耐高溫環(huán)氧樹脂的合成與性能研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂不僅具有優(yōu)良的粘結(jié)性能、機械性能以及耐腐蝕性能，還具有較低的固化收縮率和介電損耗，可廣泛應(yīng)用在涂料、膠粘劑、復(fù)合材料以及澆注成型等各個領(lǐng)域，但也存在韌性差、質(zhì)脆等缺點。N，N，N'，N'-四縮水甘油基-4，4'-二氨基二苯醚(TGDDE)是一種四官能度的環(huán)氧樹脂，分子結(jié)構(gòu)中含有苯基，具有較高環(huán)氧官能度，因此它的固化產(chǎn)物交聯(lián)密度比較高，具有上述一系列優(yōu)點。同時，該樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有醚鍵，分子柔韌性較好，彌補了質(zhì)脆這一缺點。TGDD

2、E環(huán)氧樹脂也可作為碳纖維增強復(fù)合材料的基體材料廣泛用于航空航天領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景。
　　本課題以芳香族多胺和環(huán)氧氯丙烷為原料，合成了四官能度環(huán)氧樹脂—TGDDE，并對其性能進行研究探索，主要有以下三部分:
　　一、TGDDE環(huán)氧樹脂的合成及工藝優(yōu)化。
　　二、TGDDE型環(huán)氧膠粘劑的研制與性能研究。
　　三、TGDDE型環(huán)氧膠粘劑與TGDDM型環(huán)氧膠粘劑的性能對比和研究。
　　本實驗在以CAT-18和

3、CAT-78作為助劑的基礎(chǔ)上，用4，4'-二氨基二苯醚和環(huán)氧氯丙烷作為合成原料，分別進行開環(huán)和閉環(huán)反應(yīng)，經(jīng)過萃取、水洗、減壓脫揮等后處理步驟，制得了性能優(yōu)異的TGDDE環(huán)氧樹脂，并對產(chǎn)品的環(huán)氧值、揮發(fā)分、粘度等性能進行了測試。本課題研究了原料配比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、滴加堿液時間對實驗產(chǎn)生的影響，確定了最佳合成工藝。合成的N，N，N'，N'-四縮水甘油基-4，4'-二氨基二苯醚(TGDDE)環(huán)氧值為0.79～0.82，產(chǎn)率為88.0％-

4、92.0％，揮發(fā)分＜1％，存儲60天的環(huán)氧樹脂粘度增長了2.0-2.8P。
　　以增韌劑端羧基丁腈橡膠對TGDDE環(huán)氧樹脂進行增韌改性，并與固化劑2-乙基-4-甲基咪唑、硅烷偶聯(lián)劑KH550和KH560混合，制得TGDDE環(huán)氧膠粘劑。按照固化工藝固化之后對剪切拉伸強度、凝膠化時間、電學(xué)性能以及接觸角進行測試，計算環(huán)氧膠的表觀活化能、表面能和相對介電常數(shù)。用DSC對樹脂體系的固化行為進行動力學(xué)分析，得到環(huán)氧膠的反應(yīng)活化能、反應(yīng)級數(shù)、

5、確定了固化溫度。測試得到TGDDE環(huán)氧樹脂膠粘劑拉伸剪切強度達25.8MPa，活化能為46.8-47.8kJ/mol，相對介電常數(shù)為4.1-4.5，表面能為40.0-50.0mJ/m2，表明該樹脂具有較好絕緣性能和疏水性能。利用DSC對樹脂體系進行動力學(xué)分析，得到的活化能Ea為48.5kJ/mol，與通過凝膠化時間測得的活化能相差不大。確定了固化反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)為0.875，固化反應(yīng)工藝為“室溫→80℃/1h→110℃/1h→125℃/1

6、h→室溫”。通過以上測試表明，由TGDDE制備的環(huán)氧膠性能優(yōu)良，具有使用價值。
　　對TGDDE和TGDDM兩種環(huán)氧樹脂進行配膠，經(jīng)不同固化工藝進行加熱固化，進行性能對比。得到TGDDE型環(huán)氧膠和TGDDM型環(huán)氧膠的活化能分別35.9kJ/mol和37.6kJ/mol;TGDDE型環(huán)氧膠和TGDDM型環(huán)氧膠的相對介電常數(shù)分別為4.09-4.20，4.28-4.55，表面自由能均為30.0-50.0mJ/m2，吸水率分別為0.88％

7、和0.96％，常溫拉伸剪切強度分別為31.74MPa和25.81MPa，測試表明兩種膠粘劑均具有良好的性能，且TGDDE環(huán)氧膠性能更為優(yōu)異。TGDDE型環(huán)氧膠在80℃條件下的拉伸剪切強度達23.158MPa，180℃時為11.652MPa;TGDDM型環(huán)氧膠在80℃條件下的拉伸剪切強度達20.135MPa，180℃時為9.812MPa，說明兩種膠粘劑具有良好的耐高溫性能，且TGDDE型環(huán)氧膠的耐高溫性能優(yōu)于TGDDM，從而也說明兩種環(huán)氧