液化双氰胺的制备与评价以及预浸料应用研究.doc

液化双氰胺的制备与评价以及预浸料应用研究环氧树脂预浸料,通常是树脂体系呈B阶段复合材料的中间材料。双氰胺是环氧树脂预浸料最为常用的潜伏性固化剂,但由于其化学结构极性高,在环氧树脂中的分散性和溶解性差,并可导致固化后所得到的环氧树脂组合物中分散状态恶化,从而影响预浸料及其复合材料的质量。为提高预浸料树脂体系中双氰胺与环氧树脂的相容性,通常需要对双氰胺进行液化改性。本文利用固化剂聚醚胺对双氰胺有较好溶解性的特点,将聚醚胺和双酚A环氧树脂的加成产物制备了液化改性双氰胺固化体系(L-DICY),并与纯双氰胺(DICY)和聚醚胺与双氰胺共混的固化体系(PEA/DICY)进行了比较。相对于DICY和PEA/DICY固化体系,L-DICY固化体系的总胺值和伯胺值均降低,相对于DICY固化体系,PEA/DICY和L-DICY固化体系的结晶性下降,熔点降低,L-DICY静置30天没有明显沉降,且5天内的质量没有明显变化,储存稳定性较好,L-DICY固化体系在环氧树脂分散性得到改善。应用三种固化体系制备了预浸料用树脂体系,研究了三种树脂体系的固化动力学和化学流变学。Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)理论分析表明PEA/DICY固化体系活化能最低,L-DICY与DICY固化体系活化能相近,具有较低固化反应活性,有利于保持预浸料的储存期。利用Malek理论和SB(m,n)理论模拟了三种树脂体系在不同固化速率下的速率方程,PEA/DICY和L-DICY体系都较好的预测了实验数据。化学动态流变学分析表明L-DICY与DICY体系有较长的低粘度平台,预浸料加工窗口较宽,双Arrhenius模型模拟了三种树脂体系的等温粘度曲线,在固化前期的低粘度区域能较好地预测树脂体系的粘度。研究了上述三种树脂体系的力学性能、耐热性、透光率和双氰胺在固化树脂中的分散性。相比于DICY和PEA/DICY制备的树脂体系,L-DICY树脂体系的力学性能和玻璃化转变温度都没有明显降低,L-DICY树脂体系固化物的透光率最好,说明L-DICY在固化物中基本没有双氰胺颗粒残留,DICY固化物的微观图像中有未固化的双氰胺颗粒,而PEA/DICY和L-DICY体系中基本没有,说明提高分散性促进了固化反应的进行。应用上述三种树脂体系,采用热熔两步法工艺制备了预浸料,讨论了预浸料复合材料的力学性能和耐湿热性能,评价了双氰胺在复合材料表面的分散情况。相比于DICY和PEA/DICY制备的复合材料,L-DICY体系复合材料的力学性能没有明显下降。经过湿热处理后,L-DICY体系的力学性能下降幅度很小,DICY体系则降低明显,说明L-DICY体系有较好的耐湿热性。DICY体系复合材料板材微观图像中有未固化的双氰胺颗粒存在,而在PEA/DICY和L-DICY体系几乎没有颗粒残存,说明复合材料的耐湿热性与双氰胺在其中的残留有关。