低密度支撐劑用酚醛-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及其固化反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、本文以植物纖維材料作為基材，采用酚醛樹脂浸漬固化，環(huán)氧樹脂二次包覆工藝制備了低密度支撐劑，較系統(tǒng)的研究了影響支撐劑性能的各種因素。采用了非等溫的多個(gè)掃描速率的熱分析動(dòng)力學(xué)方法，利用線性DSC升溫?cái)?shù)據(jù)，研究了以酚醛樹脂(PF)作為環(huán)氧樹脂(EF)的固化交聯(lián)劑，在有和沒有固化促進(jìn)劑(三乙醇胺促進(jìn)劑TA)這兩種情況下(PF/EF和PF/EF/TA)的熱固化機(jī)理，建立了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)模型。通過原位紅外分析研究了PF，PF/EF，PF/EF/

2、TA這三種體系在升溫固化過程中環(huán)氧基，酚羥基，單取代苯環(huán)吸收指數(shù)變化情況，探討了三乙醇胺促進(jìn)劑(TA)的固化促進(jìn)機(jī)理。 通過以上研究，可以得到以下結(jié)論： 1、隨著酚醛樹脂溶液浸漬濃度增加，復(fù)合材料在60MPa壓力下變形量逐步降低，當(dāng)樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到70％有一最小值；隨著顆粒表面包覆的環(huán)氧樹脂量增加，變形量逐步降低，當(dāng)樹脂量大于25％后，變形量變化不大；TGA分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料500℃時(shí)殘?zhí)悸视?5％提高到45％；測(cè)復(fù)合材

3、料浸泡48h后的吸水能力由30.45％降為6.58％；掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的表面較光滑，氣孔和泡孔明顯減少；經(jīng)導(dǎo)流能力測(cè)試，材料導(dǎo)流能力遠(yuǎn)大于一次浸漬酚醛樹脂固化后的支撐劑導(dǎo)流能力，也明顯高于石英砂的導(dǎo)流能力。 2、動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)PF/EF熱固化放熱曲線存在兩個(gè)放熱峰而PF/EF/TA只存在一個(gè)放熱峰。PF/EF放熱曲線第二個(gè)放熱峰的存在，可能是因?yàn)闆]有固化促進(jìn)劑的存在，酚羥基和羥甲基在較低溫度反應(yīng)時(shí)只能得到分子量較低含有

4、大量仲羥基的聚合物。這些仲羥基間以及與前階段可能殘留下來未開環(huán)的環(huán)氧基團(tuán)在溫度升高后進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰，但兩種體系都能用三步動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)即能很好的描述整個(gè)反應(yīng)。從活化能一轉(zhuǎn)化率關(guān)系曲線可發(fā)現(xiàn)：第一階段兩體系的活化能都隨著轉(zhuǎn)化率升高而上升；第二階段都存在自催化反應(yīng)現(xiàn)象，但PF/EF/TA自催化反應(yīng)速度明顯高于PF/EF，PF/EF/TA活化能為58.3005KJ/mol，而PF/EF活化能為61.4838KJ/mol。第三

5、階段受擴(kuò)散控制活化能都上升，PF/EF活化能為128.603 KJ/mol，PF/EF/TA為147.7355KJ/mol。由于TA固化促進(jìn)劑的存在，形成了“三元絡(luò)合物”中間體降低了活化能，促使PF/EF/TA自催化反應(yīng)速度更快，更徹底。而PF/EF無固化促進(jìn)劑，前期自催化程度不高，生成分子量較低的聚合物以及低交聯(lián)度，熱運(yùn)動(dòng)更容易，第三階段活化能更低。 3、通過原位紅外分析發(fā)現(xiàn)：(1)PF/EF體系中環(huán)氧基團(tuán)(912cm<'-1

6、>)吸收指數(shù)在前十分鐘內(nèi)幾乎沒變化，而PF/EF/TA體系中環(huán)氧基團(tuán)吸收指數(shù)在5分鐘內(nèi)就有明顯的下降。后階段反應(yīng)中PF/EF/TA體系環(huán)氧基團(tuán)吸收指數(shù)比PF/EF下降得更快，說明PF/EF/TA比PF/EF。反應(yīng)更劇烈。(2)PF中單取代基團(tuán)(γ(CH)690cm<'-1>)吸收指數(shù)最后降為0，PF/EF/TA體系比PF/EF體系單取代基團(tuán)吸收指數(shù)下降得更慢，且最后吸收指數(shù)PF/EF/TA大于PF/EF體系。(3)PF/EF/TA熱固化