互穿网络结构的二氧化硅/环氧树脂复合材料的制备及介电性能研究

环氧树脂(EP)具有较高的电绝缘性能和较低的介电损耗,因此被广泛应用于电气设备和电子封装等绝缘材料领域。由于传统EP耐热性能较差、韧性不足,极大限制了其作为微电子元器件在高频电场下的使用。本工作以硅烷偶联剂(3-环氧乙基甲氧基丙基)三甲氧基硅烷(KH-560)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过溶胶-凝胶法合成末端含有环氧基团的新型端环氧基纳米SiO_(2)(E-SiO_(2)),用其对E-51型EP进行改性,在固化剂作用下使E-SiO_(2)和EP上的环氧基团发生开环反应,通过有机EP与无机E-SiO_(2)填料之间的化学键结合,制备出具有互穿网络结构的E-SiO_(2)/EP复合材料。本工作研究了添加E-SiO_(2)对EP固化反应工艺和综合性能的影响,以期在保证EP低介电常数和低介电损耗的同时,赋予其良好的韧性和耐热性能,为EP在高频电路下的应用奠定基础。

香草醛衍生含磷席夫碱的合成及与DOPO协效阻燃环氧树脂

本文以苯基磷酰二氯、香草醛和4-氨基苯酚为主要原料,合成了一种含磷席夫碱阻燃剂(PH-VAN-AP),并采用红外光谱、核磁共振氢谱和核磁共振磷谱证明其结构符合预期。将DOPO与PH-VAN-AP作为复配阻燃剂PH/DOPO加入环氧树脂(EP)中,通过垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)和锥形量热测试(CCT)对其阻燃性能进行了表征,并利用热失重和差示扫描量热分析了环氧树脂的热稳定性、热降解过程及玻璃化转变温度(T_(g))。结果表明,PH/DOPO兼有气相和凝聚相2种阻燃机理,能有效提高EP的燃烧性能。具体而言,当仅添加PH/DOPO至体系的3%(质量分数)时,顺利通过了UL-94测试并达到V-0等级,其LOI由24.7%提高至34.8%。此外,峰值热释放速率(PHRR)和总热释放(THR)分别降低了257 kW/m^(2)和8 MJ/m^(2),材料的残留量提高了6.8%。添加3%的PH/DOPO,环氧树脂的Tg由149.5℃降至148.1℃,变化不大,表明PH-VAN-AP一定程度上改善了由于DOPO加入EP后导致T_(g)下降的问题。

环氧树脂绿色精制工艺技术研究

针对传统环氧树脂水洗精制-三效蒸发工艺中存在的甲苯溶剂用量和废水排放量大、能耗高、产生老化树脂和聚甘油废物等问题,采用自制脱盐剂,开发了一种环氧树脂非水溶剂绿色精制工艺,确定了树脂精制工艺的最优条件,对脱出盐进行离心过滤和洗涤精制,并与现有的环氧树脂水洗精制工艺进行对比。实验结果表明,在最优精制工艺条件下,得到的树脂产品Cl-含量为5.2μg/g,副产品甘油纯度达99.89%(w),精制盐不含树脂和甘油,满足一级质量指标。与现有工艺对比,该工艺操作条件缓和,取缔了三效蒸发操作,蒸汽消耗仅为现有工艺的10.55%;无废水、老化树脂和聚甘油产生,实现了三废零排放和保护环境的目的。

基于机器学习预测环氧树脂复合材料抗冲击性能

剩余压缩强度(RCS)是评价复合材料受到冲击损伤后力学性能的重要指标。采用声发射技术(AE)对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料冲击载荷进行了在线监测,分析了振铃计数、峰值计数、信号强度和信号均方根值4种冲击载荷参数,采用人工神经元网络(ANN)和径向基网络(RBF)基于冲击载荷参数预测了试件RCS。结果表明,高冲击能量造成了试件分层、玻璃纤维断裂、环氧树脂基体开裂、纤维脱黏,当冲击能量为10、15、20和30 J时,冲击3 ms后冲击能量达到最大值,分别为10.53、16.67、21.77和27.13 J,随后冲击能量不断下降。随着冲击能量的增加,试件冲击深度从0.18 mm增加到3.35 mm,RCS从56.87 MPa降低到20.45 MPa。最优ANN模型结构为4-48-1,预测和实验RCS的均方误差(MSE)最低为0.03 MPa,最优RBF模型结构为4-21-1,MSE最低为0.01。RBF模型的局部响应特性使得其对输入数据中的噪声具有较好的鲁棒性,预测与实验RCS数据的相关系数(R2)为0.9863,而ANN模型预测结果为0.9514。

环氧树脂生物降解方法研究

环氧树脂因其优异的力学和化学性能在诸多领域得到了广泛的应用。环氧聚合物以强交联和醚基为主骨架,具有高强度和高耐久结构,不可生物降解,故对聚合物和复合材料的回收利用提出了挑战。传统的环氧树脂回收方法存在高能耗和使用有毒化学物质的缺点,为了满足复合材料工业资源需求、减少环氧树脂废弃物对环境的影响,急需开发可持续的回收方法。综述了环氧树脂的传统回收方法及生物降解方法的研究进展,讨论通过生物基方法回收环氧树脂存在的问题。需进一步加强对可生物降解环氧树脂和生物增强材料的研究,探索和优化生物基环氧树脂的回收方法,促进绿色生态工业和循环经济的发展。

纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。

基于仿生的增韧环氧树脂的冲蚀磨损特性研究

目的针对钾盐输送过程中钾盐颗粒对设备造成的冲蚀磨损问题,以及具有较好可溶性和吸湿性的钾盐易黏附于金属设备,从而造成的腐蚀和堵塞问题,将耐冲蚀磨损、耐腐蚀的高分子复合材料与耐冲蚀磨损仿生结构相结合对冲蚀关键零件进行设计,以提高散料输送过程中相关部件表面的耐冲蚀磨损性能和防黏附性能。方法利用自备的疏水二氧化硅对环氧树脂进行增韧处理,结合贝壳表面肋条结构及鲨鱼表皮盾鳞的特殊排列方式对冲蚀表面进行仿生设计,再利用翻模法在增韧环氧树脂表面制备耐冲蚀仿生结构,完成接触角的测量,以及表面耐磨性、表面硬度、耐冲蚀磨损性能等测试,探究疏水二氧化硅颗粒质量分数、仿生结构对环氧树脂综合性能的影响。结果增加疏水二氧化硅的含量,可以提高试样的疏水性;相较于无仿生结构试样,贝壳/鲨鱼复合仿生结构试样的耐磨性能更强,其质量损失率由0.22%降至0.072%。同时,在疏水二氧化硅的质量分数为4%时,冲蚀率最低,仅为1.4%。结论疏水二氧化硅的质量分数为4%的增韧环氧树脂贝壳/鲨鱼仿生结构试样的综合性能最优,其疏水性、耐磨性、耐冲蚀性能均得到提升。

DOPS/TPT复配阻燃环氧树脂的性能

单一的磷杂菲或三嗪类阻燃剂的阻燃效果有限,为了提高阻燃剂在环氧树脂(EP)中的阻燃效率,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(DOPS)与2,4,6-三苯氧基-1,3,5-三嗪(TPT)复配应用于EP中,通过协同阻燃作用来提高EP的阻燃性能,以期获得优异的阻燃效果。文中将DOPS与TPT进行复配,采用熔融共混法制备了阻燃EP复合材料。通过热重分析、垂直燃烧、极限氧指数、锥形量热和力学性能测试研究了复合阻燃剂DOPS/TPT对阻燃EP复合材料的热稳定性、阻燃性能及力学性能的影响,并采用扫描电镜、热重-红外光谱联用分析了材料的残炭形貌和热解气体,探究了其阻燃机理。结果表明,当阻燃剂的总添加量为9%,DOPS在复合阻燃剂DOPS/TPT中的质量分数为8%时,复合材料EP/DOPS/TPT的LOI值为30.5%,达到UL-94 V-0级,而且其平均热释放速率(av-HRR)、总热释放量(THR)值最低,其阻燃性能、成炭性能和力学性能均优于单独添加DOPS或TPT。从阻燃机理看,2种阻燃剂在气相和凝聚相发挥了协效阻燃作用,弥补了单一阻燃剂的不足,能够进一步提高阻燃效果。

环氧树脂阻燃剂研究新进展

回顾了近5年来国内外环氧树脂阻燃剂方面研究的最新进展,重点论述了金属阻燃剂、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物阻燃剂、多面体低聚硅倍半氧烷阻燃剂、生物基阻燃剂等在环氧树脂中的阻燃性能与作用机理,同时也介绍了以上各阻燃剂对环氧树脂协同阻燃效果和机理。力学性能的平衡与改善是当前阻燃改性存在的热点,综述了环氧树脂通过改性提高阻燃性能并改善力学性能的研究现状,指出提升阻燃效率并提高阻燃剂在材料中的分散性,是改善环氧树脂力学性能的基础。最后对环氧树脂阻燃剂的不足之处与未来研究趋势进行展望。

环氧树脂/石墨烯复合材料的制备及其性能

为提高环氧树脂的导电性能和电磁屏蔽性能,将石墨烯作为导电填料添加到环氧树脂中制备了环氧树脂/石墨烯复合材料,并研究了石墨烯含量对复合材料力学性能及微观形貌的影响。结果表明:添加石墨烯使复合材料的电导率和电磁屏蔽效率显著提高。石墨烯含量为10.0%(w)时,复合材料的电导率和电磁屏蔽效率分别为1.34×10^(-3)S/m,2.95 dB;石墨烯含量为7.5%(w)时,复合材料的冲击强度为1.67 kJ/m^(2),较纯环氧树脂提高了50%。

可降解生物基含酯键环氧树脂的固化动力学研究

采用非等温差示扫描量热(DSC)法研究了可降解生物基含酯键环氧树脂固化动力学,分别建立了n级反应动力学模型、自催化模型以及结合n级反应和自催化模型的分段模型,并将模型预测值与实验数据进行了对比分析。结果表明,n级反应模型与实验曲线的偏差较大,自催化模型与实验曲线变化趋势基本一致,但仍然存在一定偏差,而结合两者的分段模型与实验曲线吻合较好,表明分段模型能更准确地描述该环氧树脂体系的固化反应过程,为其树脂基复合材料固化成型工艺条件优化提供理论指导。

香草醛衍生含磷席夫碱阻燃剂的合成及在环氧树脂中的应用

通过苯基磷酰二氯、香草醛和4-氨基苯酚制备一种含磷席夫碱阻燃剂PH-VAN-AP。采用红外光谱、核磁共振氢谱和核磁共振磷谱表征PH-VAN-AP的结构。通过垂直燃烧、极限氧指数和锥形量热测试分析了环氧树脂的阻燃性能。利用热失重和差热扫描量热分析了环氧树脂的热稳定性、热降解过程及玻璃化转变温度(T_(g))。结果表明,制备的PH-VAN-AP为预期结构。PH-VAN-AP能抑制环氧树脂的燃烧滴落与烟雾产生,在气相和凝聚相中发挥阻燃作用。当阻燃剂PH-VAN-AP的质量分数为5%时,阻燃环氧树脂的氧指数值从24.7%提高到35.4%,峰值热释放速率(pHRR)、总热释放(THR)及总烟雾释放(TSP)分别降低了165kW/m^(2)、5MJ/m^(2)和1.2m^(2),使其残留量提高9.6%。PH-VAN-AP能够提高环氧树脂的Tg,含5%PH-VAN-AP的环氧树脂的Tg从156.9℃提高到162.9℃。

竹基多孔碳协同聚磷酸铵阻燃环氧树脂的分子动力学与耗散粒子动力学模拟

添加剂与基材的相容性是影响复合材料综合性能的重要因素。采用分子模拟技术建立竹基多孔碳材料(PCM)协同聚磷酸铵(APP)复合于环氧树脂(EP)体系的分子模型,利用分子动力学和耗散粒子动力学进行模拟计算;通过实验对模拟结果进行验证。模拟结果表明,与PCM*2相比,表面含有更多含氧活性基团的PCM*1更有利于通过组分之间氢键的形成增强相互作用;与EP/APP/PCM*2(391.9 kJ/mol)相比,EP/APP/PCM*1的结合能显著增大,其值为470.2 kJ/mol,径向分布函数g(r)曲线更高。PCM的介观形貌证明了其表面活性基团有利于组分在EP中的分散,提高了其与基材的相容性。验证结果表明,PCM1的O/C更高,提高了APP在EP中的分散性,EP/APP/PCM1的氧指数达到了27.3%,与未阻燃EP相比,热释放速率峰值降低了45.4%,表征潜在火灾危险性与轰燃性的pk-HRR/TTI值降低至8.6 kW/(m^(2)·s)。分散性的改善使PCM与APP表现出了更好的协同阻燃作用,与分子模拟结果一致。

酚醛树脂和环氧树脂改性透水混凝土性能演变规律研究

为制备高性能透水混凝土,在透水混凝土中分别掺入不同含量的酚醛树脂和环氧树脂,通过测试透水混凝土的抗压强度、抗折强度、抗冻性能及透水系数来分析其性能的演变规律。结果表明,随着2种树脂掺量的增加,透水混凝土的7、28 d的抗压强度、抗折强度先增加而后逐渐降低;透水混凝土的质量损失率和抗压强度损失率先减小而后逐渐上升;透水混凝土的渗水系数增加。2种树脂均能有效提高透水混凝土的4种性能,并且环氧树脂比酚醛树脂的效果更好。酚醛树脂的最佳掺量为2%,环氧树脂的最佳掺量为3%。

环氧树脂固化促进剂的研究及应用

环氧树脂由于其优异的性能,使其在胶粘剂、涂层以及复合材料等领域获得了广泛的应用。为了提高固化速率,同时对于一些热敏感的部件来说,温度是一个重要的指标,需要降低固化温度,因此,加入固化促进剂是必要的。本文主要综述了环氧树脂固化促进剂的研究进展及应用情况,包括叔胺及其盐类固化促进剂、三苯基膦及其鏻盐固化促进剂、取代脲固化促进剂、咪唑及其盐类固化促进剂、三氟化硼胺络合物固化促进剂等,并指出了未来的发展方向。

在线燃烧离子色谱法测定环氧树脂中的氯和溴

建立了在线燃烧离子色谱同时测定环氧树脂中氯和溴的分析方法.采用高温裂解炉与离子色谱的在线联用装置,通过对样品进行高温燃烧裂解和气化,以100 mg·L^(-1)过氧化氢为吸收液,将产生的卤化氢气体吸收并转化为无机阴离子,离子色谱法进行样品的测定,以氯和溴的峰面积外标法进行定量.对影响燃烧效果和测定结果准确度的因素如燃烧时间、燃烧温度、吸收液体积、称样量、氧气和氩气流速等条件进行了选择优化.在(0.10—2.50)mg·L^(-1)和(0.02—0.50)mg·L^(-1)范围内,氯和溴离子的线性相关系数(r^(2))大于0.999,该方法对于氯和溴的定量下限分别为0.55 mg·kg^(-1)和2.60 mg·kg^(-1).采用建立的方法分别对环氧树脂和EC680k低密度聚乙烯标准物质中的氯和溴进行测定,并与传统的氧弹燃烧-离子色谱法进行了比较.结果表明:在线燃烧离子色谱法对于环氧树脂中氯和溴测定结果的相对标准偏差分别为1.28%和2.29%,测定值与氧弹燃烧-离子色谱法基本一致,EC680k的测定结果与标准值符合,证明该方法具有良好的准确度和精密度.该方法准确度和灵敏度高、重复性较好,能够满足批量树脂类样品中氯和溴的含量筛查和多批次产品的质量控制.

双基阻燃剂DOPS-TEAIC的合成及阻燃环氧树脂的性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(DOPS)与三(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯(TEAIC)为原料,合成了一种新型双基阻燃剂三(2-(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物)-丙酸乙酯基)三嗪三酮(DOPS-TEAIC)。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振和质谱确定其结构,并将其应用于环氧树脂(EP)制备了EP/DOPS-TEAIC。采用热重分析、垂直燃烧、极限氧指数、锥形量热、热重-红外光谱联用和热裂解-气相色谱/质谱联用等手段研究了阻燃剂DOPS-TEAIC对EP的热稳定性、阻燃性能及热降解行为的影响,并深入分析了其阻燃机理。结果表明,阻燃剂DOPS-TEAIC能够提高EP的热稳定性、残炭量和阻燃性能,降低其热释放速率峰值(PHRR)和平均热释放速率(av-HRR)。当DOPS-TEAIC的质量分数为10.0%时,EP/DOPS-TEAIC的LOI值提高至33.4%,达到UL-94 V-0级,其PHRR和av-HRR值比纯EP分别降低了34.2%和22.8%。阻燃剂DOPS-TEAIC主要通过稀释作用和自由基猝灭作用在气相发挥阻燃作用。

环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品力学性能影响因素分析

通过正交实验研究模压工艺参数对环氧树脂/碳纤维(EP/CF)片状模塑料SMC模压成型制品力学性能的影响,分析了各工艺参数对制品拉伸强度和弯曲强度的影响趋势。通过方差分析,得到工艺参数对于拉伸强度的影响大小为合模速度>模压温度>模压压力>保压时间,工艺参数对于弯曲强度的影响大小为合模速度>模压压力>模压温度>保压时间,同时得到了对拉伸强度和弯曲强度的显著性因素;研究了拉伸破坏模式及失效机理,采用K-均值方法并选取典型试样观察,发现环氧树脂与基体的结合程度是影响拉伸强度的原因。

环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品翘曲变形的影响因素分析

围绕环氧树脂/碳纤维片状模塑料模压平板制品深入研究了翘曲变形问题。用三坐标测量仪测得平板制品的平面度以表征制品的翘曲变形量。通过邓肯法多重比较各因素的水平显著性影响差异并进一步分析了各工艺参数对制品翘曲变形的影响趋势;同时分析了纤维分布、孔隙特征、上下模具温度、型腔压力分布等对制品翘曲的影响机理。结果表明,制品翘曲量分布在0.302~1.29 mm之间;通过正交实验方差分析得到模压成型工艺参数对翘曲变形的影响大小顺序为:模压压力(P)>合模速度(v)>保压时间(t)>模压温度(T),影响制品翘曲变形的显著性因素是模压压力。

一种具有优异本征阻燃性和可降解性的全生物基环氧树脂的制备及其性能

以香草醛(VAN)、酪胺(TA)及环氧氯丙烷(ECH)等为原料,制备了一种含有席夫碱结构的本征阻燃型环氧树脂(TA-VAN-EP)。通过傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对TA-VAN-EP的化学结构进行表征,测试分析了材料的固化行为、力学性能、热稳定性、阻燃性能和其他关键指标。结果表明,TA-VAN-EP为预期结构。与纯环氧树脂(EP)相比,TA-VAN-EP的力学性能显著提高,拉伸强度提升了82.0%,玻璃化转变温度(T_(g))从152℃提高到190℃。并且,TA-VAN-EP在UL94垂直燃烧测试中达到了V-1级,极限氧指数(LOI)从24.7%提高到了28.4%。此外,总热释放量(THR)、烟雾产生率(SPR)和总烟雾释放量(TSR)也大幅下降,显著提升了材料的阻燃性能。由于在结构中含有动态席夫碱结构,TA-VAN-EP在酸性条件下展现出良好的降解性能。