空心玻璃微珠填充CTBN改性環(huán)氧樹脂的固化機(jī)制及性能評價(jià).pdf

1、空心玻璃微珠(HGMs)填充樹脂復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)良特性和良好的可設(shè)計(jì)性，廣泛應(yīng)用于航空航天保溫隔熱領(lǐng)域和深海浮力材料領(lǐng)域。目前國內(nèi)外研究者對該材料的研究主要集中在通過選擇強(qiáng)度高的樹脂和微珠來增加強(qiáng)度，通過調(diào)整微珠體積分?jǐn)?shù)來調(diào)整復(fù)合材料密度，但是對空心微珠與環(huán)氧樹脂界面特性、通過橡膠粒子增強(qiáng)界面特性和降低孔隙率等研究鮮有報(bào)道。研究通過端羧基丁腈橡膠(CTBN)改性環(huán)氧樹脂實(shí)現(xiàn)改善界面增加機(jī)械強(qiáng)度和降低孔隙率提高服役可靠性具有重要的

2、意義。
　　 本研究采用E-51環(huán)氧樹脂為基體，594為固化劑，端羧基丁腈橡膠(CTBN)為改性劑，空心玻璃微珠(HGMs)為填料，將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CTBN與環(huán)氧樹脂進(jìn)行預(yù)聚，然后利用594固化劑對預(yù)聚體進(jìn)行固化，研究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CTBN改性E-51樹脂固化動力學(xué)，建立不同CTBN含量對固化動力學(xué)的影響規(guī)律，分析了CTBN與E-51環(huán)氧樹脂預(yù)聚反應(yīng)機(jī)理、E-51與594固化劑固化反應(yīng)機(jī)理及固化過程CTBN相分離機(jī)理。采用KH-5

3、50對HGMs進(jìn)行表面改性，制備了不同體積分?jǐn)?shù)HGMs填充CTBN改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，對復(fù)合材料的密度、孔隙率及力學(xué)性能進(jìn)行評價(jià)，建立了不同HGMs體積分?jǐn)?shù)、不同CTBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)、偶聯(lián)劑處理前后對復(fù)合材料密度、孔隙率及力學(xué)性能的影響規(guī)律，觀察了破壞后的微觀形貌，揭示了破壞機(jī)制。研究結(jié)果表明，在不同等溫固化溫度下，隨CTBN質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，最大固化反應(yīng)速率逐漸減小，最大固化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率逐漸降低。CTBN對前期反應(yīng)活化能Ea1影響較小，對后

4、期反應(yīng)活化能Ea2影響較大，CTBN含量從0％到20%，反應(yīng)前期活化能Ea1由67.34kJ/mol增加到80.31kJ/mol增加了19.26%，反應(yīng)后期活化能Ea2由94.19 kJ/mol增加到180.07 kJ/mol增加了91.18%。預(yù)聚反應(yīng)中CTBN與E-51發(fā)生了酯化反應(yīng)，594固化劑與E-51反應(yīng)機(jī)制主要靠配位絡(luò)合物引發(fā)環(huán)氧基進(jìn)行陽離子開環(huán)聚合，隨固化反應(yīng)的進(jìn)行，CTBN在E-51/594固化體系中發(fā)生相分離。隨HGM