有机硅及其嵌段共聚物改性环氧树脂的研究-材料加工工程专业论文.docx

有机硅及其嵌段共聚物改性环氧树脂的研究摘要环氧树脂是一种很重要的热固性树脂，固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度、介电性能良好、固化收缩率小、硬度高、柔韧性较好、对酸碱及大部分溶剂稳定，环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它在国民经济的各个领域中得到广泛的应用，比如应用于涂料、浇铸料、胶粘剂、复合材料、模压材料和注射成型材料等。由于环氧树脂与固化剂固化后交联密度高而呈高度脆性，因此对环氧树脂的增韧改性一直是高性能树脂材料研究的热点。本论文主要是用有机硅来改性环氧树脂，有机硅的基本结构单元是由柔顺的硅-氧链节构成主链，侧链则与其他各种有机基团相连，既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，将比较柔软且低表面能的有机硅链段（Si-O）引入后，有机硅链段有向材料表面迁移的倾向，使得材料增韧的同时，表面相对富含硅氧烷链段，从而降低材料的表面张力和表面能，提高材料表面的疏水性能。本论文分别制备了四个体系，研究有机硅改性环氧树脂：分别是DGEBA／端环氧基聚二甲基硅氧烷（DMS-E09）／DDM 体系、DGEBA／端环氧基聚二甲基硅氧烷（DMS-E11）／DDM 体系、DGEBA／PI-Siloxane／DDM 体系、DGEBA／PEI-Siloxane／端环氧基聚二甲基硅氧烷（DMS-E09）／DDM 体系。通过光学显微镜测浊点的方法，获得了不加固化剂体系经过热诱导相分离的相图曲线和加固化剂（DDM）体系经过反应诱导相分离的相图曲线，相图曲线都表现为最高临界共溶温度行为（UCST）；加入固化剂DDM的体系在PI与环氧的质量比为15wt%时相分离温度最高，说明PI含量在15wt%附近会形成双连续相，也可能呈现相反转；通过光学显微镜对跟踪相分离过程，发现不同组成的体系都发生了相分离，最后获得了分散相结构、双连续相结构和相反转相结构的改性体系。采用扫描电子显微镜对固化体系的最终相结构进行了观察，发现DMS-E09有效的增加了有机硅和环氧树脂之间的界面作用，改善了两者的相容性。能谱分析显示，整个体系的表面含硅量最高，超过理论含硅量，最小的是截面含硅量。因此随着DMS-E09含量的增加，E09嵌段共聚物中的PDMS链段向环氧树脂的表面迁移富集，混合环氧树脂的表面含硅量上升。在环氧树脂／DMS-E09／PI-Siloxane／DDM体系中,截面呈现明显波纹和鱼鳞状纹理，断面呈现很多褶皱状的微结构，当该环氧树脂因受外力产生裂纹时，有机硅与环氧树脂良好的界面结合和相互作用,可以在颗粒附近产生更多的微裂纹并使裂纹转向，或者阻碍裂纹扩展,导致了断面的波纹与鱼鳞片，从而提高材料的韧性。能谱分析发现，环氧树脂／DMS-E09／DDM体系的表面含硅量最高，其次是理论含硅量，最小的是截面含硅量，因此证明了随着DMS-E09含量的增加，DMS-E09嵌段共聚物中的PDMS链段向环氧树脂的表面迁移富集，混合环氧树脂的表面含硅量上升。采用非等温和等温DSC分别对DGEBA/DMS-E09/DDM体系和DGEBA/DMS-E11/DDM体系进行固化动力学分析，研究不同端环氧基聚二甲基硅氧烷（DMS-E09，DMS-E11）加入量对环氧树脂体系固化动力学的影响。结果表明：（1）对于DGEBA/DMS-E09/DDM体系，Ti,Tp和Tf值都随着DMS-E09含量的增加而上升，然而体系表观活化能Ea变化的趋势不大，体系达到最终固化程度所用的时间以及反应速率都随DMS-E09含量的增加而减少。（2）对于DGEBA/DMS-E11/DDM体系，随着DMS-E11的含量的上升，Ti,Tp 和Tf值都随之增加，体系中DMS-E11含量为20%（wt%）时，反应热有所减少，但是减少的幅度不大，且对转化率影响不大。比较两个体系会发现，DGEBA/DMS-E11体系峰值温度要明显高于DGEBA/DMS-E09体系，且DGEBA/DMS-E11体系达到最终固化所需要的时间更长，而DGEBA/DMS-E09体系所需要的时间则相对少。接触角的测量发现环氧树脂／端环氧基聚二甲基硅氧烷（DMS-E09）／DDM体系和环氧树脂／PI-Siloxane／DDM体系有着比较类似的趋势，随着DMS-E09含量的不断上升，接触角也逐渐变大，且增加的幅度似乎成线性关系，同时表面能明显的下降，说明含有DMS-E09的环氧树脂表面富集了大量的非极性基团，从而降低了表面能，改善环氧树脂的疏水性能。关键词：有机硅，嵌段共聚物，反应诱导相分离，接触角，相结构，固化反应动力学STUDYONEPOXYRESINMODIFEDWITHSILICONEANDSILICONE-CONTAININ