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本文以聚酰胺-胺树枝形聚合物(PAMAM)加入双酚-A环氧树脂E-44中所构成体系作为研究对象,研究了此体系的凝胶行为和固化放热行为;通过傅立叶变换红外光谱法,动态DSC法研究了体系的反应历程、机理,获得了此体系的动力学参数;研究测定了PAMAM/E-44体系应用于环氧结构胶中的力学性能和热性能;并通过与DETA、聚酰胺651及聚酰胺300#等线型胺类固化剂比较研究了它们的异同。
通过TLC点板分析、全胺滴定法、热失重分析等方法,发现极性较大的溶剂如甲醇、氯仿等是聚酰胺.胺树枝形聚合物(PAMAM)的良溶剂,其中以2:1的甲醇/氯仿混合溶液为最好;PAMAM的热分解温度约为220℃,因而其应用局限于220℃以下;PAMAM中伯胺的含量为5.47×10-3mol/g,胺值为306.9(mgKOH/g)。
通过傅立叶变换红外光谱法、动态DSC法追踪研究了PAMAM/环氧E-44体系的固化反应历程及反应动力学。通过特征吸收峰的变化情况分析出固化过程中不同温度下发生不同的反应,并得到了体系在不同反应温度(低温)下的等温固化反应曲线,通过等转化率法求出其反应表观活化能为31.7 kJ·mol-1;通过动态DSC法的Kissinger方程和Crane方程得此体系在25~300℃的升温区间表观活化能为62.18kJ·mol-1,反应级数n=0.94,A=1.79×106 S-1。
通过拉伸、冲击、剥离、剪切试验和TGA等测定了固化剂树枝形聚合物(PAMAM)用量及固化温度对环氧结构胶的剪切强度、本体拉伸强度、冲击强度、剥离强度、热性能等的影响。结果表明,PAMAM/E-44环氧结构胶体系所得固化物的热稳定性都是配比为0.6时为最佳;胺氢/环氧基当量比为0.6时在140℃下固化,力学性能可达:拉伸强度69.6MPa、冲击强度8.3MPa、剥离强度5.47KN/m、剪切强度42.0MPa;DMP-30对此体系有促进固化的作用。
相对于DETA和聚酰胺651、聚酰胺300#,PAMAM固化环氧表观活化能更高:从凝胶时间与峰值放热温度可以看出,反应活性远弱于DETA,与聚酰胺651的反应活性比较接近,体系在低温条件下所得产物力学性能与聚酰胺300#相近,而其在高温条件下所得产物性能优良的多。