環(huán)氧樹脂基納米復合材料固化性能的研究——動態(tài)扭振法的最新應用.pdf

1、高分子科學的蓬勃發(fā)展無疑使其在21世紀化學領域中占有特殊的地位。隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，社會對于高分子材料性能的要求越來越高，并且日趨多樣化。聚合物基納米復合材料在基本性質上有著普通復合材料所具有的共同特點，同時有其特殊性：它能夠綜合發(fā)揮各種組分的協(xié)同效應；可以針對納米復合材料的性能需求進行材料的設計和制造；可按照需要加工，根據實際設計特征直接加工材料的形狀。聚合物基納米復合材料的特殊性質使其成為了工業(yè)應用和實驗室研究的熱點。

2、 本實驗室進行了環(huán)氧樹脂基納米復合材料的研究。當環(huán)氧樹脂的丙酮溶液傾入水中時，會形成環(huán)氧樹脂/水微乳液，顯微鏡照片顯示形成的環(huán)氧樹脂微液滴的尺寸為1-3μm。當把醋酸鹽的甲醇溶液與之混合再加入到硫化鈉的水溶液中，沉淀迅速析出，乳液顏色發(fā)生明顯變化(使用醋酸鎘時乳液變?yōu)辄S色，使用醋酸鉛時乳液為黑色)，經過分離之后得到粘稠的產物。XRD、UV反射吸收譜和TEM研究表明分散再環(huán)氧樹脂中的硫化物顆粒為納米量級微粒。 對于熱固性樹脂基復

3、合材料，除了化學標準還必須建立相應的固化指標。本實驗室自行研制的樹脂固化儀，基于動態(tài)扭振法(DTVM)，能夠快速定量跟蹤熱固性樹脂基復合材料的固化過程，為固化條件的確定和固化指標的建立提供了便利。動態(tài)扭振法已成功應用于多種熱固性樹脂和樹脂基復合材料固化性能的研究。 本論文的主要實驗內容就是應用動態(tài)扭振法對環(huán)氧樹脂/PbS納米復合材料和環(huán)氧樹脂/CdS納米復合材料的固化行為進行研究，通過改變納米顆粒的含量，固化劑(2-乙基-4-甲

4、基咪唑)用量以及固化溫度，監(jiān)測不同條件下的固化過程，求取固化動力學參數，并應用相關理論對固化數據進行分析。 (1)由動態(tài)扭振法得到的納米復合材料與純環(huán)氧樹脂體系的等溫固化曲線形狀相似，從固化曲線中直接得到凝膠化時間tg、完全固化時間tc、半固化時間t1/2等參數。隨著固化溫度的提高，固化速率增加，凝膠化時間縮短。而在凝膠點之后的反應中，由于納米顆粒的影響，固化反應速率變慢，在較高溫度和較高納米顆粒含量的情況下，納米顆粒對固化的阻

5、礙效應起了決定性作用。 (2)應用Hsich非平衡態(tài)熱力學漲落理論對不同納米顆粒含量的環(huán)氧樹脂 E51/PbS(CdS)/2,4-EMI納米復合材料的固化行為進行理論預估，理論曲線與實驗等溫曲線符合良好。并通過松弛時間τ與固化溫度T之間的Arrhenius關系求取固化反應的表觀活化能。(3)應用Flory凝膠化理論求取固化反應的表觀活化能。添加納米顆粒體系的活化能與純的樹脂體系活化能相差不大，說明納米顆粒的加入并沒有改變

6、樹脂體系的固化機理。(4)將描述結晶過程的Avrami方程應用于聚合物基納米復合材料固化行為的分析。隨著固化溫度的提高，速率常數k增大。在較高的固化溫度下n值一般較小，這是因為凝膠點后的固化反應主要受擴散控制，在較高溫度下固化過程中質量傳遞的受限程度要多一些。用Avrami方程也可求出凝膠點后固化反應的表觀活化能，與Flory理論求得的值相比略有減小。(5)應用DSC法對聚合物基納米復合材料進行固化行為分析。納米顆粒的加入對固化反應的完