- 文档大小:362.67 KB
- 文档格式:pdf
- 约 5页
- 2022-04-07 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
18 MA型苯并嗯,It-/酚醛型氰酸酯共混体系的研究 2016年3月 MA型苯并嗯嗪/酚醛型氰酸酯共混体系的研究 古武,杨坡,孟凡盛,朱蓉琪 (四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,成都610065) 摘要:以二苯甲烷二胺型苯并噫嗪和含醛基笨并嗯嗪的混合物(MA)为基体树脂,通过加入具有高Tg的酚醛型氰酸酯 (NCE)对其进行改性,对MA.NCE的凝胶化时间、固化行为及固化物热机械性能进行了研究;同时,引入二苯甲烷二异氰酸酯 (MDI)作为阻聚剂,以期降低MA.NCE共混体系低温反应活性,并改善其加工性。实验结果表明,随着共混体系中NCE含量 的增加,MA.NCE体系Tg提高而模量降低;MDI的加入则有效降低了共混体系反应活性,延长了凝胶化时间,使共混体系工艺 性得到较大程度的改善。其中,MA.NCE.MDI2-1.4%共混体系具有高的Tg和模量,以及良好的工艺性,可用于热熔法制备预 浸料及高性能复合材料。 关键词:苯并嗯嗪;氰酸酯;异氰酸酯;共混 ——— 中图分类号:TB332;TQ323.1文献标识码:A文章编号:10030999(2016)03001805 随着航空航天、电子电气等领域的发展,对材料 综合性能提出了更高的要求。树脂基纤维增强复合 材料由于其具有的质轻、高比强度和高比模量等优… 异性能,已获得广泛应用。树脂基纤维增强复合 材料是以树脂为基体,纤维为增强体的一类材料,有 多种制备方法。其中,热熔法就是复合材料制造领 域广泛采用的一类预浸料制备方法。该方法在制备 过程中无溶剂挥发,可精确控制胶含量,相比于其他 预浸料制备方法有独特的优势。但是,该方法对基 体树脂的工艺性(例如,软化点、储存性等)提出了 特殊的要求,在应用中受到限制J。因而,寻求与开 发既具有满足应用需求优异性能特点又具有满足热 熔法良好工艺性的树脂基体已成为高性能树脂基复 合材料研究工作的一个重要课题。 苯并嗯嗪是一类新型热固性树脂,主要通过伯 胺和酚类化合物及甲醛反应制得,其开环聚合无小 分子释放、固化过程近似零收缩,固化物具有高模 量、较高耐热性、低吸水率和良好的机械性能等优异 性能,在航空航天、电子电器领域得到广泛应用。 但是,在某些高温条件下,目前商品化苯并嗯嗪树脂 的耐热性仍存在不足,限制了应用。研究表明,将某 些反应性热固性树脂作为第二组分引人苯并嗯嗪体 系能有效提高聚苯并嗯嗪树脂的性能,其中氰酸酯 是一类性能优异的热固性树脂,其耐热性能尤其突 出,可以与苯并嗯嗪实现性能互补。 —— 收稿日期:2o151204 本文作者还有顾宜。 在分析总结国内外关于苯并嗯嗪一氰酸酯共混 ” 树脂体系的结构、性能和反应机理研究m及苯并嗯嗪树脂应用于热熔法制备预浸料¨ 文献的基础 上,本文首次选择高Tg的酚醛型氰酸酯对低软化 点、高性能的MA型苯并嗯嗪树脂进行改性研究,同 时引入二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)作为阻聚剂改善树脂的储存稳定性¨ 5|J,成功制备了一种具有高 Tg、高模量,适用于热熔法制备预浸料工艺要求的新 型高性能树脂体系。 1实验部分 1.1主要原料 二苯甲烷二胺型苯并嗯嗪(M)与含醛基的单环 苯并嗯嗪(A)的共混树脂(MA),实验室自制; 酚醛型氰酸酯(NCE),工业级,购自扬州天启化 学股份有限公司; 二苯甲烷二异氰酸酯(MDI),工业级,购自烟台 万华聚氨酯股份有限公司。 M、A、NCE和MDI的化学结构式见图1。∞ ∞ ∞ OCNH c2 OCN 0cN^、 \ Nc0 NCH MDI 图1M、A、NCE和MDI的结构式 Fig.1ThechemicalstructureofM,A,NCEandMDI 基金项目:国家自然科学基金项目(51273119) 作者简介:古武(1991.),男,硕士研究生,主要从事热固性树脂研究。 通讯作者:顾宜(1949一),男,教授,博士生导师,研究方向为耐热聚合物,guyi@scu.edu.cn。 姆嘲黼 2016年第3期 玻璃钢/复合材料 19 1-2样品制备 — 1.2.1MANCE二元共混树脂的制备 ℃ — 先将MA树脂在90下熔融,再将NCE按MA NCE摩尔比3一l、2.1、I-I、1.2、1.3加入,共混搅拌 — 10min。制得不同配比的二元共混物:MA-NCE31、 — —— — MA.NCE2-1、MANCE11、MANCE1-2、MANCE1-3。 —— 1.2.2MANCEMDI三元共混树脂的制备 首先将MA树脂在90 ̄C下熔融,然后将NCE树 —— 脂按MANCE摩尔比21加入,搅拌10min;再分别 加人2wt%、3wt%、4wt%的MDI(与体系中嗯嗪环摩 尔比分别为100:4.8、100:7.2、100:9.6),并在90% 下持续搅拌反应,在反应时间为0min、5min、10min、 15min、20min时分别取样,测定其75%恒温粘度及 ∞ 120 ̄C下的凝胶化时间(t删一)。 —— 1.2.3MA-NCE、MANCEMDI共混树脂固化物的 制备 —— 将MANCE、MANCE.MDI各比例共混树脂熔 融并浇注入模具中,在100%真空条件下除去残余溶 剂与空气气泡,转入鼓风烘箱中固化得到固化试样, 固化工艺为140 ̄C/4h、160 ̄C/4h、180oC/4h、210 ̄C/ 2h、230 ̄C/2h、240 ̄C/2h。 1.3测试与表征 — 凝胶化时间测试:GTII型凝胶化时间测试仪, 取0.7g左右样品置于凝胶化时间仪热盘中,待样品 完全熔融后开始计时,并用牙签不停搅动,至样品完 全无法拉丝时,计时结束,此时间即为凝胶化时间 ()o 粘度测试:BrookfieldRVDVlI+型粘度计,21撑转 子,附属Thermosel加热控温装置用于温度控制。 示差扫描量热法(DSC):TADSCQ2O示差扫描 量热仪,仪器温度采用金属铟(In)校正,N气氛流量 为50ml/min,升温速率为10oC/min,样品2~3mg。 动态力学分析测试(DMA):采用TA-Q8OO动态 热机械分析仪进行测试。样品尺寸为30r am ̄10ram x2.5mm,三点弯曲模式升温速率为5 ̄C/min。 2结果与讨论 2.1MA/NCE二元体系的固化行为及性能 凝胶化时间是指一定温度下,树脂体系逐渐发 生固化反应至形成交联网络结构的时间,能最直接 — 地体现此温度下树脂体系反应活性的大小。对MA NCE体系120 ̄C的凝胶化时间进行测试,结果见表 1。可以看出,在120%下,MA和NCE在2h内均未 发生凝胶反应,但将二者共混后,在较短时间内即可 出现凝胶化现象,说明MA-NCE共混树脂体系反应 活性较高。这可能是由于MA树脂中残存的酚羟基 催化NCE所致。 表1MA-NCE体系tseJ-t ̄测定 Table1Thet1120resultsofMA-NCEblends Sample tgd-12o/8 MA MA.NCE3.1— — MANCE21 MA.NCE1.1 MA.NCE1.2 MA.NCE1.3 NCE 为研究MA.NCE体系的固化行为,对其进行DSC 测试,见图2。可以看出,MA与NCE共混后,树脂 体系固化峰值温度下降。当MA树脂与NCE树脂 的摩尔比为1:3时,体系固化反应峰值温度大幅降 ℃ 低至165.1。根据文献报道,这可能是由于MA树 脂中残存的酚羟基对NCE树脂的固化反应具有较 强的催化作用,大幅降低其固化温度的缘故。 图2MA.NCE不同摩尔比例共混体系DSC固化曲线 Fig.2TheDSCeLlt've8ofMA-NCEblends 为考察MA.NCE共混树脂体系的热机械性能, 对其固化物进行DMA测试,结果见表2。可以看 出,随着共混体系中NCE树脂含量的增加,Tg逐渐 增高。这可能是由于NCE固化产物中含有三嗪环 结构且具有较高的交联密度,与MA树脂共聚后可 提高体系的交联密度,进而提升其Tg。因此,MA- NCE共混体系的Tg随NCE含量的增加而提高。然 ℃ 而,共混体系50储能模量却随NCE含量的增加而 降低。这可能是由于聚苯并嗯嗪树脂高的模量与其 存在的氢键有关,当氰酸酯与苯并嗯嗪共混后,氰酸 8O648 一 "弘 一 MA型苯并嗯嗪/酚醛型氰酸酯共混体系的研究 2016年3月 酯会与酚羟基发生反应,降低了体系中酚羟基的含 量,导致体系中氢键数量减少、作用力减弱,故MA. ℃ NCE共混体系50模量随NCE含量的增加而降 — 低。其中,MA与NCE摩尔比为21的体系,兼具高 Tg(247oC)和高模量(6.1GPa),满足高性能复合材 料基体树脂性能要求。 表2MA.NCE体系固化物DMA测试结果 Table2TheDMAresultsofcuredMA.NCEblends 2.2MA。NCE.MDI三元体系研究— — 在预浸料树脂膜的试制过程中,MANCE21体 系表现出优良的成膜性,但由于MA树脂中残存的 酚羟基会催化NCE反应,致使其储存稳定性较差, 不能满足热熔法制备预浸料的工艺要求。故本文利 用异氰酸酯的化学特点,将二苯甲烷二异氰酸酯 (MDI)加入二元共混体系,于较低温度下与残存的 酚羟基反应,减少酚羟基的含量,提高体系的储存稳 定性;而在较高温度下,异氰酸酯与酚羟基的反应产 物会发生逆反应,解离出酚羟基并催化体系中氰酸 酯发生聚合反应,从而满足热熔法制备预浸料的工 艺性要求。 lOOO00 75000 鲁 尊50000 > 25O00 O u 1u l5 20 Time/min ℃ 图3MA-NCE2-l体系75粘度随着MDI加入量 及反应时问延长的变化曲线 Fig.3TheinfluenceofMDIcontentandreaction — timeontheviscosityat75oCofMA.NCE21blend 为考察MDI的加入量以及90 ̄C下反应时间对— — — MANCE21共混体系的影响,本文将MA.NCEMDI ℃ 三元体系在9O下反应,在不同时间点阶段取样, 并分别测试75。【二的粘度和120 ̄C的凝胶化时间。从 静电| ℃ 图4中75的粘度数据可以看出,未加入MDI时, 体系粘度随着反应时间的延长逐渐增加,显示了很 高的反应活性;随着MDI的加入(2wt%、3wt%),体 系的粘度增长即变得非常缓慢:反应20min后,未加 入MDI的体系粘度由8217mPa・S增长到94250mPa・ s,而加人3wt%MDI的体系粘度仅由6250mPa・s增 — 长到20800mPa・So说明MDI的加入降低了MANCE 的反应活性,阻碍了体系粘度的增长。 l500 厘 智 越 1000 500 U 5 10 15 20 Time/min — 图4MANCE2-1体系tgel-120随MDI加入量 及反应时间延长的变化曲线 Fig.4TheinfluenceofMDIcontentandreaction timeonthetl— — l2(1ofMANCE2-1blend 从图5所示MA.NCE2.1共混体系120oC下的 凝胶化时间(t。)数据可以看出,随着MDI加入 量的增大,体系凝胶化时间呈现延长的趋势。比较 各共混体系在0rain时的tgel-120可以看到,当体系中 未加入MDI时,t。为746s;当MDI加入量为 2wt%时,tgel-120延长至88%;而当加入量达到3wt% 时,tgel-120大幅延长到了1397s。这进一步说明,MDI 可降低MA.NCE体系的反应活性,延长凝胶化时间。 图5不同MDI加入量的MA.NCE2-1体系DSC曲线 — Fig.5TheDSCcurvesofMANCE2-1blends withdifferentamountofMDI 2016年第3期 玻璃钢/复合材料 21 进一步增大MDI用量的实验结果表明,当MDI 加入量增大到4wt%时,共混体系的tgel-120为1557s, 相比于3wt%体系并未有显著延长,这可能是由于加 入4wt%MDI将体系中绝大部分残存的酚羟基封端, 反应活性已经接近最低的缘故。 — 为进一步了解MANCE-MDI体系的固化行为, — 本文测试了不同MDI加入量的MANCE2-1体系 DSC固化曲线,如图6所示。可以看出,所有的共混 体系均呈现两个固化放热峰,随着MDI加入量的增 加,低温处固化放热峰的峰顶温度明显向高温移动; 当MDI加入量达到4wt%时,其DSC曲线的低温处 固化放热峰几乎消失,且呈现肩峰形状,高温处固化 放热峰也明显向高温移动,这可能是因为体系中绝 大部分酚羟基已被封端,导致催化氰酸酯聚合的效 果大大减弱的缘故。 — — 图6MA-NCEMDI2-14%体系DMA图 — — Fig.6TheDMAcurvesofMANCE-MDI2-14%blend — — 本文进一步考察了MDI加入对MANCE21体 — 系动态热机械性能的影响,选择MANCE-MDI2-1- 4%体系固化物进行了DMA表征。 — 表3MDI的加入对MANCE2-1体系性能的影响 Table3TheinfluenceofMDIfortheproperties ofMA/NCE2.1blend — — 从表3可以看出,随着MDI的加入,MANCE2 ℃ 1的Tg从247.5提高到256.5 ̄C,50储能模量由 6108MPa提高到6789MPa。 — 综上所述,MA-NCEMDI2-1-4%为较适宜配比, 加入MDI反应10min后,75粘度为24300mPa・S,tgel-120 为23.1min,体系粘性良好,成膜性优良,适用 于热熔法制备预浸料。 3主要结论— (1)MANCE共混体系中MA的酚羟基对NCE 的固化反应具有强烈的催化作用,体系凝胶化时间 显著缩短;随着NCE含量增加,MA-NCE体系固化 产物Tg升高、模量降低; (2)在MA-NCE体系中引入MDI对酚羟基进行 封端,可以显著降低体系的反应活性,改善工艺性, 并使得热机械性能进一步提升;—— — (3)MANCEMDI21-4%树脂体系是一种高 Tg、高模量、适用于热熔法制备预浸料工艺要求的新 型树脂体系。 参考文献 [1]陈祥宝.先进树脂基复合材料的发展和应用[J].航空材料学 报,2003,23(1):198-203. [2]刘宝锋,李佩兰,张凤翻.热熔法预浸料制备工艺研究[J].高 科技纤维与应用,2000(4):38-41. [3]顾宜.苯并嗯嗪一一类新型热固性工程塑料[J].热固性树脂,— 2002,17(2):3139. — [4]LinCH,ChangSL,HsiehCH,eta1.Aromaticdiaminebased benzoxazinesandtheirhighperformancethermosets[J].Polymer,— 2008,49(5):12201229. [5]IshidaH,AlienDJ.Physicalandmechanicalcharacterizationof ileal--zeroshrinkagepolybenzoxazines[J].Journalofpolymerscience — PartB:Polymerphysics,1996,34:10191030. [6]KimHJ,BrunovskaZ,IshidaH.Molecularcharacterizationofthe — polymerizationofacetylene-functionalbenzoxazineresins[J].Poly— met,1999,40(7),18151822. [7]NingX,IshidaH.Phenolicmater ialsviar— — ingopeningpolymerization synthesisandcha racterizationofbisphenol・Abasedbenzoxazinesand theirpolymers[J].J.Polym.Sci.,PartA:Polym.Chem.,1994,32— (6):11211129. — [8]KimuraH,eta1.CuringreactionofbisphenolAba sedbenzoxazine — withcyanateesterresinandthepropertiesofthecuredthermosetting resin[J].ExpressPolymerLetters,2011,5(12):1113-1122. — [9]LiX,GuY.TheCOcuringprocessofabenzoxazine・cyanatesystem andthethermalpropertiesoftheeopolymem[J].Polym.Chem,— 2011,2(12):27782781. [1O]KumarKSS,eta1.Investigationsonthecurechemistryand — polymerpropertiesofbenzoxazine-cyanateesterblends[J].Euro peanPolymerJournal,2009,45(2):494-502. —— [11]LiX,GuY.Anovelbenzoxazine/eyanateesterblendwithseaisla ndphasestructures[J].Phys.chem.chem.phys,2015,17: 19255.19260. [12]罗小勇,朱蓉琪,冉起超,等.苯并恶嗪/氰酸酯共混物固化中 三嗪环的稳定性[J].热固性树脂,2014(6):1-5. [13]WangMW,eta1.OriginoftheRapidTrimerizationofCya nate EsterinaBenzoxazine/CyanateEsterBlend[J].Macromolecules,— 2015,48:24172421. [14]史汉桥,丁常方,孙宝岗,等.SW280玻璃布/苯并嗯嗪热熔法 蠢 MA型苯并嗯嗪/酚醛型氰酸酯共混体系的研究 2016年3月 预浸料的性能研究[J].玻璃钢/复合材料,2015(2):51-55. [15]WicksDA,JrZW.BlockedisocyanatesIll:PartA.Mechanisms andchemistry[J].ProgressinOrganicCoatings,1999,36(3):— 148172. [16]张春华,亢茂青,王心葵.封端异氰酸酯研究进展(I)(J].化 — 工新型材料,1996,(12):242. ’’ ’’ STUDYoIHEMA-BENZoXAZE/PHEoLIC-CYAAIERESIBLENDS — — GUWu,YANGPo,MENGFansheng,ZHURongqi (StateKeyLaboratoryofPolymerMaterialsEngineering,CollegeofPolymerScienceandEngineering, SichuanUniversity,Chengdu610065,China)— — Abstract:MANCEresinblendsbasedonaldehyde.containingbenzoxazine/methylenedianilinebisbenzoxazine — resin(MA)andeyanateester(NCE)wereprepared.Thegelationtimeandcuringbehavioroftheblendsandther malmechanicalpropertyofthecuredproductswerecharacterized.Thendiisocyanate(MDI)wasaddedintothe blendasapolymerizationretarderandtheinf luenceofMD1wasdiscussed.Theresultssowthat.withtheincrease ofcyanateestercontentintheblends, — increasedandmodulusdecreased;theadditionofdiisocyanatecaneffec tivelyprolongthegelationtimeandimprovetheprocessingperformanceoftheblend.Finally,anewhighTgresin usedforotmeltprepregisdeveloped. Keywords:benzoxazine;cyanate;isocyanate;blend (上接第64页) ’ THElFLUENCEOFSURACETREATMENTPROCESSONILSSANDINTERFACE MORPHOLOGYOFCARBONFIBER/RESI NCOMPOSITES — CHENQiufei,DAIHui-ping,GUOPeng・zong,LIANFeng (1.ZhongfuShenyingCarbonFiberCo.,Ltd.,Lianyungang222069,China; 2.ChinaCompositesGroupCo.,Ltd.,Beijing100036,China; 3.ChinaBuildingMarerialsAcadermy,Beijing100024,China)Abstract:Sur facetreatmentprocessisoneofthemostimpor — tantconditionsforpreparinghighperformancecal'- bonfibers.T】1isar ticlestudiestheinf luenceoftheinterlaminarshearstrengthandcrosssectionandlevelmorpology ofcarbonf — iber/resincompositesunderdifferentsurfacetreatmentprocessofPANbasedcarbonf iber.Wetestedthe tensilestrengthofcarbonfibersandtheinterlaminarshearstrengthofitscomposites.Wealsoanalyzeandevaluate theinfluenceofdifferentsur faceproductionprocessesonILSSofcarbonfiber/resincompositesbySEM.Theresults sowthat,theelectricconductivityof12ms/cmisabettercoiceinsurfacetreatmenttechnology,interlaminar — shearstrengthis81.2MPaofcompositematerialsandtheratiooftensilestrengthis1.02%betweenansurface treatmentandsurfacetreatmentcarbonfiber.Thechangesbetweeninterlaminarshearstrengthandelectricityof ” — high-performancedryjetwetspinningcarbonfibersareconformedtothelayerentertypematerializeddoublemod” — el.rI1lebettercoiceofelectrolyteisNaOH,thebettercoiceofconcentrationis2%,andthebettercoiceofe — lectricityis10C/gwhenpreparinghighinterlaminarshearstrengthcarbonf iberandcompositemater ials.Thelevel morpologybetweenSYT49carbonf ibercompositematerialsandT700Garethesameunderthesurfacetreatment process・ Keywords:surfacetreatment;electricalconductivity;tensilestrength;interlaminarshearstrength;interface morpology;carbonfiber;composite
您可能关注的文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf
- 0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的热变形行为及其热加工图.pdf
- 0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析.pdf
- 1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新.pdf
- 1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证.pdf
- 2.5维机织复合材料低速冲击性能研究.pdf
- 2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为.pdf
- 2A50锻铝三点弯曲试验与高分辨率CT成像分析.pdf
- 2A12与2A11铝合金超声波焊接工艺与组织研究.pdf
- 2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究.pdf
- 3Cr2W8V模具钢激光表面相变硬化层性能的研究.pdf
- 3D打印技术及先进应用研究进展.pdf
- 3D打印技术研究现状和关键技术.pdf
- 5%鱼藤酮悬浮剂的研制.pdf
- 一夕落阳
- 该用户很懒,什么也没介绍
相关文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf2021-11-235页
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf2021-11-233页
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf2021-11-232页
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf2021-11-235页
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf2021-11-236页
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf2021-11-237页
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf2021-11-237页