聚合物空心微球填充環(huán)氧輕質復合材料的制備與表征.pdf

1、傳統(tǒng)的泡沫塑料密度較低，但是存在強度差，且化學發(fā)泡成型過程難以控制等缺陷。本論文分別用兩種聚合物空心微球對環(huán)氧樹脂基體進行填充，制備了密度可達0.535g/cm3、機械性能良好的聚合物基復合泡沫塑料，彌補了傳統(tǒng)泡沫塑料的不足，能在對密度和強度都有要求的場合應用。 實驗研究了酚醛空心微球體積分數(shù)(Vf)、微球粒徑、固化劑種類、活性稀釋劑和增韌劑對復合泡沫塑料機械性能的影響，并探討了材料破壞的機理。實驗結果表明：隨著空心微球填充量的

2、增大，材料的拉伸強度、拉伸模量、彎曲強度、彎曲模量、斷裂伸長率和沖擊強度都呈逐漸下降的趨勢；隨著微球粒徑增大，制備得到的材料密度降低，但其機械性能下降；活性稀釋劑能有效降低體系的粘度，且當其用量phr＜20時，對材料的機械性能影響不大。 實驗發(fā)現(xiàn)隨著Vf的增大，材料的密度呈直線下降趨勢，伴隨著體系內部空氣泡的增多；材料的實際密度值與理論密度值略有偏差；制備工藝對材料的密度和空氣泡含量有一定影響。 通過SEM觀察材料斷面可

3、以發(fā)現(xiàn)：制備得到的復合泡沫塑料是含有基體樹脂、空心微球和空氣泡的三相結構；當Vf＜30％時，材料的破壞可以認為是基體與微球界面處的斷裂而導致；當Vf＞30％時，材料的破壞主要是由于大量的微球互相堆積，造成微球與基體樹脂粘合性下降等多方面原因共同作用的結果所導致。 實驗制備得到了VDC-AN-St三元共聚物多泡孔結構的空心微球，并對環(huán)氧樹脂進行填充，發(fā)現(xiàn)與單泡孔的酚醛微球填充結果略有不同：當質量分數(shù)Mf＜5％時，隨著Mf的增大，材

4、料彎曲強度、彎曲斷裂伸長率和沖擊強度變化不大，彎曲強度、彎曲斷裂伸長率和沖擊強度有增大趨勢；當Mf＞5％時，隨著Mf的增大，材料彎曲強度、彎曲斷裂伸長率和沖擊強度均減小。 確定了實驗的固化劑為B/EMI-2,4復合固化體系，由DSC結果用外推法確定了固化工藝。分別用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法計算固化反應的表觀活化能和反應級數(shù)。DSC的研究表明：在EMI-2,4/環(huán)氧樹脂體系中加入B，體系的固化放

5、熱溫度和時間大大提前；隨著升溫速率的增加，體系固化的初始溫度Ti、峰值溫度Tp和終止溫度Tf依次向高溫方向移動，放熱總能量也增大。 實驗用端羧基丁腈橡膠(CTBN)和雙酚A對環(huán)氧樹脂體系進行了增韌研究，發(fā)現(xiàn)：CTBN增韌環(huán)氧樹脂能在一定程度上提高材料的沖擊韌性，但是壓縮強度、彎曲強度和模量下降較多；采用先進行預聚反應的方式能提高CTBN對環(huán)氧樹脂的增韌效果；CTBN/雙酚A改性能大幅度提高材料的沖擊韌性和斷裂伸長率，同時其他性能