用非等温差示扫描量热法研究单甲基丙烯酸锌增强氢化丁腈橡胶的硫化反应动力学

以单甲基丙烯酸锌(HZMMA)和炭黑并用为增强剂,过氧化二异丙苯(DCP)为硫化剂,制备了HZMMA增强氢化丁腈橡胶(HNBR)复合材料,采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了不同升温速率下的硫化反应动力学,拟合了硫化动力学参数,确定了最佳硫化条件,考察了硫化条件对HZMMA增强HNBR复合材料物理机械性能的影响。结果表明,HZMMA增强HNBR体系的硫化反应级数为0.95,表观活化能为123.59 kJ/mol,最佳硫化反应温度和时间分别为165℃、17 min,在此硫化条件下制得的HZMMA增强HNBR复合材料的拉伸强度、100%定伸应力、扯断伸长率及永久变形可分别达到27.6 MPa、17.8MPa、160%、2.5%。

氯丁橡胶硫化反应动力学

以1,2-亚乙基硫脲为促进剂、氧化锌和氧化镁为硫化剂对氯丁橡胶进行硫化,采用差示扫描量热法研究了氯丁橡胶的非等温硫化反应动力学,通过Kissinger方程和Crane方程计算了硫化反应的动力学参数,并采用硫化仪法研究了等温硫化反应的动力学,计算了硫化反应热硫化阶段的表观活化能。结果表明,n级动力学模型可以有效描述氯丁橡胶的非等温硫化过程,硫化反应的表观活化能为92.78 kJ/mol,反应级数为0.93;氯丁橡胶的等温硫化过程可以分为焦烧阶段、热硫化阶段和平坦硫化阶段,其中热硫化阶段符合一级反应动力学特征,此时表观活化能为53.38 kJ/mol。

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。

非等温DSC法研究环氧树脂固化反应动力学过程

采用非等温DSC(差示扫描量热)法研究了环氧树脂(EP)体系的固化过程,并采用Kissinger方程、Crane方程和T-β(温度-升温速率)外推法计算出该EP体系固化反应的动力学参数和固化温度。研究结果表明:当m(EP)∶m(填料)∶m(固化剂)∶m(促进剂)=100∶30∶90∶0.4时,EP体系固化反应的表观活化能为78.90 kJ/mol、指前因子为2.58×109min-1和反应级数为0.914,其最佳固化条件为"从室温升温至92℃(开始凝胶)→继续升温至140℃(恒温固化)→最后升温至169℃(进行后固化处理)"。

非等温DSC法研究TSPZ-EP环氧树脂的固化动力学

采用一锅两步法合成了一种含硅和二氮杂萘酮结构的环氧树脂(TSPZ-EP),并通过非等温差示扫描量热分析(DSC)研究了树脂在不同升温速率下的固化行为。采用n级模型和自催化(m,n)模型确定了固化反应动力学方程;选用商用双酚A环氧树脂(DGEBA)与其进行共混改性,通过外推法确定固化工艺,测试其力学性能。结果表明,n级反应模型与实验值相差较大,自催化(m,n)模型计算得到的曲线能够很好地与实验值吻合;固化工艺为100℃2h+130℃2h+160℃2h+180℃2h,并通过红外光谱测试证实了环氧固化物均已固化完全;冲击性能表明,添加TSPZ-EP后改善了环氧固化物的韧性。

通航飞机热固型环氧树脂固化动力学研究

为获得通航飞机热固性环氧树脂的固化动力学特性方程和固化动力学参数,利用差示扫描量热法(DSC)在不同升温速率下对热固性环氧树脂进行非等温测试,并拟合实验曲线数值,得到热固性环氧树脂固化动力学特性。采用Ozawa-Wall-Flynn(OWF)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)方法确定活化能,研究表观活化能随固化度的变化情况。基于Málek方法解析固化反应机理,结果表明:该树脂固化行为符合Sestak-Berggren自催化模型。通过非线性拟合(LSR)确定指前因子(A)、反应级数(m,n),建立固化动力学模型。将模型预测的固化反应速率-固化度曲线与实验结果进行对比,结果表明:模型预测值和实验值基本吻合。因此,获得的固化动力学模型能够准确描述该树脂固化反应过程。研究工作为通航飞机复合材料的制造与修补过程制定固化工艺参数提供参考。

快速拉挤用环氧树脂固化动力学及动态力学性能研究

采用双酚A型和双酚F型缩水甘油醚,以甲基六氢苯酐为固化剂制备了耐热性好、强度高、适用期长的拉挤用增韧改性环氧树脂。由非等温差示扫描量热法(DSC)和动态热机械法(DMA)研究了树脂的固化反应及动态力学性能。利用Kissinger、Ozawa、Flynn-Wall--Ozawa法计算得到了反应活化能平均值为71.715 kJ/mol。采用多种机理函数进行拟合并筛选得到了固化过程最佳反应机理;由Sestak-Berggren自催化反应模型确定了相应的动力学参数(m=0.46,n=1.17,lnA=0.626),理论曲线与实验数据吻合良好。由DMA建立了CHILE(T_(g))模型,可预测不同固化度下树脂模量与温度的关系,为拉挤工艺确定及复合材料质量控制提供有效理论指导和依据。

改性氰酸酯树脂体系的固化动力学

采用非等温差示扫描量热法(DSC)对N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺(HPM)改性氰酸酯树脂体系的固化动力学进行了研究。分别利用无模板法中的Ozawa-Flynn-Wall法和Friedman法求得了表观活化能。根据Malek法,两参数Sestak-Berggren模型能够较好地描述固化反应机理函数,并求得了表观指前因子。其固化动力学模型为dα/dt=3.196×108exp(-85797.5/RT)α0.033(1-α)1.0747。结果表明,模型曲线和实验曲线基本吻合,但随着升温速率的提高,模型曲线开始偏离实验曲线。这是由于固化反应中官能团反应活性控制和扩散控制的相互竞争结果。

环氧树脂改性双马来酰亚胺树脂动力学研究

为了研究环氧树脂/二烯丙基双酚A/双酚A双烯丙基醚/双马来酰亚胺(E-51/BBA/BBE/MBMI)复合材料进行了固化反应动力学和固化工艺,采用非等温差示扫描量热(DSC)法求得温度曲线.并通过建立特征温度(T_i:起始固化温度,Tp:固化速率最高温度,T_f:终止固化速率)与升温速度联立方程式,通过外推法可以求得特征温度Ti为158.2℃,Tp为181.2℃,Tf为220.1℃.所以确定该体系的固化工艺为:100℃/1 h→130℃/1 h→160℃/1 h→180℃/2 h→200℃/1 h→220℃/1 h.应用Kissinger法和Ozawa法求得树脂体系的固化动力表观活化能(ΔE),分别得到体系的表观活化能为59.49 k J/mol和62.67 k J/mol,两种方法求得的表观活化能接近,反应体系合理.

Al_(2)O_(3)增强环氧树脂基复合材料及其固化行为研究

采用氧化铝(Al_(2)O_(3))对环氧树脂/聚酰胺复合材料进行增强改性,研究其力学性能、吸水吸油性能和热学性能等。研究结果表明:当w(Al_(2)O_(3))=10%时,材料的拉伸强度为28.25 MPa,比未添加时提高了8.72%;当w(Al_(2)O_(3))=1%时,材料的剥离强度为381.19 MPa,比未添加时提高了196.31%。为提高树脂的力学性能,不影响复合材料的成型工艺,最终选择w(Al_(2)O_(3))=1%。此时,材料的吸水率、吸油率分别为0.61%和1.24%,比未添加时降低了69.19%和39.51%,耐水和耐油性能增强;材料的热分解温度为343℃,比未添加时提高了9℃;改性前后材料的表观活化能分别为48.44和48.99 kJ/mol,指前因子分别为2.21×10^(4)和2.23×10^(4)s^(-1),反应级数分别为0.75和0.88。这说明添加Al_(2)O_(3)对复合材料的固化行为影响较小,确定了该反应的固化工艺为58℃/0.5 h+98℃/1 h+138℃/0.5 h。

TPU/ABS复合材料固化反应的动力学研究

以TPU(热塑性聚氨酯弹性体)和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)为主要原料,采用熔融共混法制备了TPU/ABS复合材料。应用DSC(差示扫描量热)法分析了TPU/ABS复合材料的固化反应过程,并采用Kissinger方程和Crane方程计算出体系固化反应的动力学参数[如表观活化能(ΔE)、反应级数(n)和指前因子(Ak)等],进而得到相关的动力学模型函数。研究结果表明:体系固化反应的ΔE=85.3 k J/mol、n=0.762和Ak=1.9×10^(11),并且TPU/ABS复合材料的固化动力学模型机理函数符合双参数反应动力学模型。

国产电缆终端环氧浇注料固化动力学分析

采用非等温差示扫描量热法研究了国产电缆终端用环氧浇注料的固化动力学过程,利用Ozawa-Flynn-Wall法和Friedman-Reich-Levi法2种方法对固化反应活化能进行计算,并且通过Málek判据判断出环氧浇注料在各升温速率下的固化过程均符合自催化模型。从实验和理论计算的角度对环氧材料固化过程进行了深入的分析,通过最小二乘法拟合求得自催化模型剩余固化动力学参数,并且建立了该国产电缆终端用环氧浇注料的固化动力学模型,指前因子为1.11×10^(6) min^(-1),表观活化能为67.32 kJ/mol,固化剂反应阶数n为1.117,自催化反应阶数m为0.315。采用该动力学模型对非等温固化条件下的固化度随温度变化,及等温固化条件下的固化度随时间变化的计算预测值与实验实测值基本一致,证明了建立的固化动力学模型的正确性,可以指导环氧浇注料固化工艺参数的设定。

没食子酸环氧树脂/蓖麻油酸多胺体系固化动力学及性能

以蓖麻油和三乙烯四胺为原料合成蓖麻油酸多胺固化剂(COAPA),再将其与没食子酸环氧树脂(GAER)混合组成全生物基GAER/COAPA固化体系,采用非等温差示扫描量热法(DSC)对其固化反应过程进行了研究,确定了固化体系最佳质量配比为7∶3(GAER∶COAPA),获得了最佳固化工艺温度参数;利用Kissinger方程和Šesták-Berggren自催化模型拟合得到固化反应活化能和动力学参数,并将固化后的GAER体系与双酚A型环氧树脂体系的性能进行了对比。结果表明,GAER/COAPA体系的平均表观活化能为62.28 kJ/mol,当固化反应转化率(α)小于60%时符合Šesták-Berggren自催化模型;与双酚A型环氧树脂体系相比,GAER/COAPA的热分解温度参数偏低,800℃时残炭率较高,拉伸强度和弯曲模量较低、弯曲强度和玻璃化转变温度稍高。

特高压气体绝缘金属封闭开关设备用Al2O3/环氧树脂复合材料的非等温固化动力学及蠕变性能

针对特高压气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)用Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料,采用非等温差示扫描量热(DSC)法研究了Al2O3/EP复合材料的固化行为,对其DSC曲线进行分峰处理,利用等转化率方法求得不同反应阶段的表观活化能。根据Málek判据得到Al2O3/EP复合材料的固化行为符合的模型类型,并求得不同反应阶段的各个动力学参数及固化动力学方程。利用SEM观察Al2O3/EP复合材料的微观形貌,通过动态热力学分析仪(DMA)分析其动态热力学性能和高温蠕变性能,利用时温等效预测了Al2O3/EP复合材料的长时蠕变行为。结果表明,DSC热流曲线表现为双峰分布;Al2O3/EP复合材料的两个反应阶段的表观活化能分别为35.3 kJ/mol及48.1 kJ/mol,Sestak-Berggren自催化模型能够很好地描述Al2O3/EP复合材料体系在不同固化阶段的固化行为。Al2O3颗粒均匀分散于树脂基体中,填料的加入使裂纹发生偏转。Al2O3/EP复合材料的储能模量(E′)随温度的升高而降低,损耗因子(tanδ)峰值对应的玻璃化转变温度(Tg)为120.03℃。Al2O3/EP复合材料的抗蠕变性能随着拉伸应力和温度的增加而减弱,随着时间的延长,其蠕变速率减小。