E 51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂的研究.doc

E_51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂的研究热固性树脂Thermosetting Resin
E-51环氧树脂改性双酚A 型氰酸酯树脂的研究
马万翔,王薇薇,何其慧,胡柏星
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(南京大学化学化工学院,江苏南京用结构复合材料
[2]
。
由于氰酸酯树脂固化后形成高度交联的刚性三嗪环结构,基体脆性大,并且其热固化温度高,固化时间长,通常对其进行增韧改性。氰酸酯树脂的
增韧改性方法目前主要有3种:热塑性树脂改性
[3,4]
、热固性树脂改性[5 7]及弹性体改性[8]。采
用环氧树脂(EP 改性可改变三嗪环结构的规整性,降低其交联密度,明显提高其韧性。而E-51型环氧树脂由于其双酚A 型骨架提供的高强度、优良的耐热性以及优异的粘结性能,成为BADCy 优良的改性剂。从上世纪90年代初,很多学者对CE /
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第1期马万翔等:E-51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂的研究
EP体系做了一定的研究工作,但尚未见关于E-51环氧树脂改性氰酸酯树脂的详细研究报道,本文主要研究E-51环氧树脂改性双酚A型氰酸酯树脂的反应机理及固化工艺,以及改性后对树脂产物的耐热性、耐湿性及力学性能的影响。
1实验部分

双酚A氰酸酯树脂(BADCy:质量分数≥99%,白色粉末,江都市吴桥树脂厂;E-51型环氧树脂:工业品,无色透明粘稠液体,无锡树脂厂;乙酸丁酯:分析纯,南京化学试剂有限公司,经分子筛脱水。

固化树脂的制备:将计量的氰酸酯与环氧树脂共混物溶于乙酸丁酯中,110ħ下预聚60min,再注入预热过的模具中,在烘箱中按以下工艺固化: 110ħ/2h+130ħ/2h+150ħ/2h+180ħ/2h,冷却至室温,将试样从模具中取出,再进行200ħ/2h的后处理。
DSC分析:采用法国Setaram公司的Labsys型TG－DTA/DSC分析仪,温度50 350ħ,升温速率为10ħ/min,N2气氛。
傅里叶变换红外光谱(FTIR分析:采用德国Bruker公司Vector22型红外光谱仪,KBr压片及全反射法。
热重分析(TGA:采用法国Setaram公司的Labsys型TG－DTA/DSC分析仪,温度范围是室温至800ħ,升温速率为20ħ/min,N2气氛。
吸水率分析:将试样放在100ħ蒸馏水中,间隔一段时间取出,迅速擦去样品表面的水,称重,吸水率按(W－W0/W0计算,这里W0为吸水前的样品质量,W为吸湿后的样品质量。
冲击性能测试:按GB/T2567—2008,用英国Instron公司的4466型万能材料试验机测试改性前后材料冲击强度。
粘接性能测试:取钢片,表面用砂轮打亮并用丙酮擦净,将树脂体系预聚体,涂于钢片1/3表面上,再把两块钢片对准用夹子夹紧,放入烘箱中按上述工艺固化。试片固化后,在万能材料试验机上以10mm/min的拉伸速度对钢－钢试片进行拉伸实验,直到接头破坏为止,测定破坏强度。2结果与讨论
-51体系的反应活性及固化工艺研究
纯BADCy和BADCy/E-51体系的DSC测试见图1

。
图1不同E-51含量的BADCy/E- curves of BADCy/E-51blends with
different E-51amounts
从图1可见,低温峰为树脂体系的熔融吸热峰,高温峰为树脂体系固化时的放热峰。当环氧E-51加入后,体系的熔点降低,且环氧E-51加入量越大,熔点越低;固化反应的最大放热峰也随着环氧E-51用量的增加向低温方向移动,其起始温度、峰顶温度和峰终温度都明显降低,环氧E-51加入量为0%、10%、30%和50%,,,,峰宽增加,固化反应速率加快。说明树脂体系的反应活性随E-51量的增加而提高。其主要原因是BADCy单体首先三聚成环,而E-51中的羟基(—OH是其三聚成环的催化剂;另外,环氧基可进一步与三嗪环反应,同时部分环氧基可在三嗪环的催化下发生聚合反应生成醚键,其相互作用使体系的反应活性大大增强,固化温度明显降低。为了使固化过程平稳进行,应选择较低的固化工艺起始温度,综合考虑以上因素,确定固化工艺为:110ħ/2h+130ħ/2h+150ħ/2h+180ħ/2h,同时为了使体系固化更加充分,交联网络更加致密,减少内应力和树脂网络间的极性(使树脂保持良好的介电性能,树脂体系在200ħ再后处理2h。
-51改性BADCy体系的固化机理研究
BADCy/E-51体系(E-51质量分数为30%在不同固化反应阶段的红外光谱吸收图如图2所示。
各官能团的吸收波数见表1。
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