【摘要】：酚醛樹脂具有耐熱性好、阻燃性好、電絕緣性和發(fā)煙率低等特點,被廣泛的應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域等行業(yè),但純酚醛樹脂基體脆性大,不能滿足防彈、火箭、飛行器等高性能復(fù)合材料的要求。因此,為了獲得高韌性、高強度的酚醛樹脂以及解決實驗過程中出現(xiàn)的工藝問題,本論文進行了深入的研究。本論文選取環(huán)氧樹脂(質(zhì)量含量為0%-100%)和PVB(質(zhì)量含量為0%-14%)兩種改性劑,分別對酚醛樹脂進行增韌增強改性。運用紅外測試表征改性酚醛樹脂的固化機理;通過DSC和凝膠時間探討了改性酚醛樹脂的固化行為;通過TG分析改性酚醛樹脂的熱分解過程;根據(jù)Kissinger法和Crane法求解出了固化反應(yīng)的活化能及反應(yīng)級數(shù)。通過力學(xué)測試研究了兩種改性劑對改性酚醛樹脂力學(xué)性能的影響�；趯嶋H實驗過程中,出現(xiàn)的酚醛樹脂澆鑄體氣泡多、開模易碎等工藝問題,導(dǎo)致無法測試其力學(xué)性能,提出了一種基于半凝膠態(tài)的酚醛樹脂澆鑄體的制備方法。通過控制反應(yīng)溫度反應(yīng)時間對酚醛樹脂進行半凝膠處理,制成酚醛樹脂半凝膠粉末。用此方法得到了完整、無缺陷的酚醛樹脂澆鑄體,通過電鏡觀察其內(nèi)部,發(fā)現(xiàn)幾乎無氣泡,可以用來測試其力學(xué)性能。設(shè)計了適用于酚醛樹脂拉伸澆鑄體的模具。環(huán)氧樹脂改性酚醛樹脂發(fā)生開環(huán)反應(yīng),20%環(huán)氧/酚醛樹脂的拉伸強度為38.827Mpa,增加了30%,斷裂伸長率最大為0.951%,增加了8.99%,彎曲強度為65.451Mpa,增加了65.46%,增韌增強效果明顯。隨著環(huán)氧樹脂含量的增加,體系的固化峰逐漸往高溫方向移動。當環(huán)氧含量為80%、100%時,實驗反應(yīng)分兩步進行。隨著環(huán)氧含量的增加,凝膠時間不斷增大。根據(jù)凝膠時間和特征溫度最終確定樹脂體系的固化制度。當環(huán)氧樹脂含量超過40%時,體系的反應(yīng)活化能大幅度提升。隨著環(huán)氧樹脂含量的增加,樹脂的耐熱性逐漸下降,最后趨于平衡。PVB改性酚醛樹脂發(fā)生了接枝反應(yīng)。14%PVB/酚醛樹脂的拉伸強度為44.459 Mpa,增加了48.8%,斷裂伸長率最大為1.191%,增加了36.5%,彎曲強度最大為93.061Mpa,增加了 135.25%,增強增韌效果明顯。添加PVB后,體系的特征溫度、凝膠時間和反應(yīng)活化能都有所增加,但都與PVB添加量無關(guān)。通過熱失重分析,隨著PVB含量的增加,熱穩(wěn)定性下降,但降低的幅度不大,14%PVB/酚醛樹脂還能保持良好的耐熱性。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.5
【圖文】：

平等［２６］在研宄酚醛樹脂力學(xué)性能的時候，通過階段性升溫的方式固化成與直接固化成澆鑄體做對比，發(fā)現(xiàn)氣泡問題有一定的改善，得到的樹脂然有殘留氣泡。用此方法雖然能在一定程度上改善氣泡問題，但長時間升溫，容易導(dǎo)致酚醛樹脂硬化，后期升溫對其無影響，而且只是依靠模除氣泡，效果不明顯。熊偉等［２７］制備澆鑄體的時候，在某個特定的溫度壓力下固化一定時間，降至常壓排除氣體，迅速升壓并保持一段時間，同化。此方法雖然控制酚醛樹脂固化反應(yīng)一段時間，但短時間內(nèi)反應(yīng)程再升溫固化仍然會有大量的小分子生成。曾莉［２８］等運用環(huán)氧樹脂改性酚方式，減少生成的氣泡，但是沒有從根本上解決問題。ＷＢ邋Ｘｕ［２９］和Ｃ邋Ｋａｙｎａ過相似的研究。但以上方法都是有缺陷的，都無法除去固化過程中產(chǎn)生泡，樹脂內(nèi)還會有殘留，因此本論文需要找到一個合適的方法解決氣泡問酚醛樹脂基體脆性大，收縮率大，開模易斷裂，破壞了澆鑄體的完整性，試其力學(xué)性能，且現(xiàn)有樹脂澆鑄體拉伸性能測試標準國標ＧＢ／Ｔ邋２５６７－２００規(guī)定的澆鑄體試樣尺寸較長，到目前未見有相關(guān)文獻明確指出成功制成樹脂澆鑄體。逡逑

應(yīng)樹脂基體的固化特征，因此不能把它作為分析酚醛樹脂固化溫度的依據(jù)。逡逑為此，將酚醛樹脂溶液放入真空烘箱里，在保持５０°Ｃ下５ｈ脫去溶劑，再進逡逑行測試ＤＳＣ。圖２－２為除去溶劑的酚醛樹脂在不同升溫速率下的ＤＳＣ曲線。由逡逑圖所示，去除溶劑的酚醛樹脂固化放熱峰明顯，且在不同的升溫速率下均可觀察逡逑到放熱峰。雖然在１２０°Ｃ？１６０°Ｃ之間，仍存在一個較小的吸熱峰，主要因為樹逡逑脂中含有活潑氫的低聚物、游離甲醛和游離酚之間的相互反應(yīng)造成的吸熱現(xiàn)象。逡逑但不影響對樹脂固化溫度的判斷分析。在１７０°Ｃ？２２０°Ｃ出現(xiàn)明顯的放熱峰，是逡逑酚醛樹脂交聯(lián)固化放熱所致，為整個固化過程中的主導(dǎo)反應(yīng)。還可以觀察到不同逡逑升溫速率對應(yīng)放熱峰的溫度是不同的，隨著升溫速率的增大，放熱峰所對應(yīng)的特逡逑征溫度都逐漸向高溫移動。這是由于樹脂固化時需要在一定的時間內(nèi)吸收熱量，逡逑而樹脂為熱的不良導(dǎo)體，樹脂內(nèi)部升溫速率要慢于儀器的升溫速率，從而產(chǎn)生了逡逑滯后現(xiàn)象

然后進行線性擬合，由外推法得到卩＝０Ｋ／ｍｉｎ時酚醛樹脂固化的特征溫度，逡逑起始溫度Ｔｊ對應(yīng)的是凝膠溫度Ｔｇｅｌ，峰頂溫度Ｔｐ對應(yīng)的是固化溫度Ｔ＾ｅ，終止逡逑溫度Ｔｆ對應(yīng)的是后固化溫度Ｔｔｎ：ａｔ。由圖２－３所示，凝膠溫度Ｔｇｅｌ＝１４６．１５°Ｃ，固逡逑化溫度�。撸剑保罚玻�°（：，后固化溫度�。撸剑保梗矗ǎ�°＜：，根據(jù)模壓工藝實際生產(chǎn)要求，逡逑大致確定為純酚醛樹脂固化溫度為１６０°Ｃ－１７０°Ｃ，后固化溫度為１８０°Ｃ－１９０°Ｃ，逡逑凝膠溫度選定為１３０°Ｃ－１４０°Ｃ。逡逑２４０邋－逡逑＞＝１９４．０５＋１．６８４ｘ逡逑２２０－邋一１逡逑，▲邐一’邐ｙ＝１７２．１＋１．６５６ｘ逡逑＾邋２００－邐▲邐？邋、逡逑？邋１８０－邐＃邐ｙ＝１４６．１５＋１．４３６ｘ逡逑Ｉ邐．邐＾邋＿逡逑Ｈ１６０＇邐—一一一一邐■邋Ｔｉ逡逑■逡逑？邋Ｔ逡逑１４０－邐ｆ逡逑Ａ邋Ｔｆ逡逑１２０－１邐１邐邐邐１邐邐邐！邐■邐１邐逡逑５邐１０邐１５邐２０逡逑Ｐ／邋（ｏＣ邋ｍｈＴ１）逡逑圖２－３純酚醛樹脂線性擬合特征溫度逡逑２．４酚醛樹脂半凝膠態(tài)的反應(yīng)調(diào)控逡逑１２逡逑

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本文編號：2799909