形状记忆环氧树脂及其复合材料的制备与性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:chwu9423
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形状记忆聚合物作为一种新兴智能材料,在航空航天、生物医疗、家居服饰等领域有巨大的应用前景。本文针对形状记忆环氧树脂耐热性能差、力学性能差的缺点,采用二次固化技术,通过加入高温潜伏性固化剂,使形状记忆材料在完成形状记忆功能后,再次对其进行二次固化,以提高其固化度,从而提高其耐热性能、力学性能,并利用非等温DSC法对其进行固化动力学研究。针对环氧树脂韧性差的缺点,利用聚丙二醇二缩水甘油醚(PPGDGE)对其进行增韧,分别利用短切碳纤维、纤维布进行增强,旨在制备出力学性能高、形状记忆性能好的形状记忆环氧树脂(SMEP)。制备了一系列不同固化度的SME P。通过动态力学分析(DMA)研究了不同固化体系储能模量随温度的变化关系,计算了各个体系的交联度,分析了存在形状记忆效应的固化度条件。研究了温度对形状回复性能的影响、固化度对SMEP性能的影响。实验结果表明:固化度为70%的时候综合性能较好,形状回复温度为62℃,试样回复75。仅需101 s,形状固定率和形状回复率均在95%以上,试样的有效折叠次数为20次左右。通过加入高温潜伏性固化剂双氰胺(DICY)实现SMEP的二次固化。非等温DSC测试结果显示:E51/593/DICY体系固化反应DSC曲线有两个独立的固化放热峰,两个峰的峰值温度相差105℃,说明固化反应分两步进行,证明二次固化技术具有可行性。DMA测试表明:加入DICY后,材料依然具有很好形状记忆效应,各体系的形状固定率和形状回复率均在90%以上。各体系在高温二次固化后,SMEP的交联密度、拉伸强度、冲击强度、Tg均得到提高。利用Kissinger方程、Ozawa方程、Crane方程计算了各个固化反应体系的固化动力学参数,推导了各个体系的固化动力学方程和固化工艺,得出最佳固化条件。FT-IR红外分析表明:加入DICY的SMEP体系在高温固化后,环氧基团转化率由71%提高到95%,符合预期反应,验证了固化工艺的合理性。采用低分子量脂肪族环氧树脂PPGDGE对形状记忆环氧树脂进行增韧。测试结果表明:PPGDGE加入9phr时,材料的形状记忆性能和力学性能最好。扫描电镜表明增韧试样由增韧前的脆性断裂变为增韧后的韧性断裂。制各了纤维增强型环氧树脂形状记忆复合材料。结果表明:短切碳纤维并不能提高复合材料的力学强度,且由于碳纤维阻碍链段运动导致体系形状记忆性能也有所下降;单向碳纤维布能有效的提高形状记忆环氧树脂的力学性能、形状回复率、形状回复速率,但形状固定率有所下降。
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