学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

通用航空环氧树脂的固化和相行为研究

作　者: 张明
导　师: 益小苏
学　校: 北京航空材料研究院
专　业: 材料学
关键词: 环氧树脂固化和凝胶 TTT图化学流变 TTT-η图相行为 “离位”增韧工艺优化
分类号: V250.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 307次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

论文通过对双组分环氧(BE)树脂体系的固化动力学和凝胶过程研究,建立树脂体系的TTT图,通过树脂的化学流变研究,建立化学流变模型,并在TTT图上添加粘度线最终形成TTT-η图,从而全方位显示树脂在固化过程中各种物理量之间的关系,为材料的固化提供广阔的优化平台;在此基础上,研究增韧体系在固化过程中的分相行为,通过“相形态”将材料的微观结构和性能(主要是韧性)联结起来,为材料的性能优化提供了依据。用DSC的动态和恒温两种模式相结合,在DiBenedetto方程的基础上,给出了树脂体系的固化动力学模型以及固化参数(T,t)和玻璃化温度Tg之间的关系,并由此绘制出了等固化度线和玻璃化转变线。用DMA圆盘压缩夹具监测了不同温度下的凝胶行为,建立了树脂的凝胶模型并绘制了凝胶线。回归得到凝胶时的固化度为αgel = 0.4539,并以此计算出了Tggel = 70.18℃,为工艺选择提供了依据。在以上模型的基础上建立了树脂体系的TTT图,展示了树脂在固化过程中以不同的固化路线固化时凝胶及玻璃化之间的关系,配合等固化度曲线指出了在不同的(T,t)点上的固化度。在黏度实验的基础上,对环氧树脂体系的化学流变特性进行研究,并根据六参数双阿累尼乌斯方程建立树脂体系的化学流变模型,较为准确地预测了树脂的黏度;据化学流变模型的计算结果在TTT图上添加了等粘度曲线绘制了TTT-η图,该图为工艺参数的选择提供了更加丰富的参考,同时也提供了树脂在固化过程中更加全面的信息,因此也成为工艺优化的平台。用SEM对不同配比的热固/热塑(TS/TP)浇注体固化后的相形貌进行了观察,当热塑性树脂含量在20phr～25phr(16.7wt.%～20.0wt.%)间时发生相反转。随着TP含量的增加,体系由分散的TP颗粒增韧结构过渡到TP连续而TS成为颗粒的结构。对发生相反转后体系的热固性颗粒的大小进行统计分析后可知,随着TP含量的增加,热固性颗粒的粒子直径越来越小,且粒子直径的分散性也越来越小;在统计分析结果的基础上由数学分析给出了粒子直径和TP含量之间的经验关系式,在此式的基础上预测热固性粒子直径的上下限分别是1.838μm和0.925μm,对应的重量份数分别约为19phr和64phr,前者已在观察得到的相反转起始点(20phr)附近,后者由于实验条件等的限制尚待证实。比较了两种不同贴膜工艺所得浇注体低温脆断断口的相形貌,可知要使“离位”增韧的效果更为突出,就要使树脂本体有一定的预固化度以控制热塑性PAEK膜溶解后向本体扩散的速度和深度,从而使增韧的区域得到限制。对典型“离位”相形貌进行了分析, TP的含量在厚度方向上先保持一个较高的水平,然后迅速降低而形成过渡的界面区,并且过渡的界面区要有适当的厚度。根据三种不同的工艺特点,结合TTT-η图提出了工艺优化的思路,并在TTT-η图上指出了优化的实现区域。针对“离位”工艺提出了优化方案,并结合动力学模型、流变模型和SEM相貌分析给出了优化的依据。优化的方向是结合TTT-η图,通过合适的工艺线路设计,找到合适的粘度所对应的预固化度。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章环氧树脂的固化与相行为研究现状  10-34
  1.1 环氧树脂的固化反应  11-14
    1.1.1 环氧基的反应活性  11-12
    1.1.2 环氧基与胺的固化反应机理  12-14
  1.2 固化反应动力学  14-19
    1.2.1 固化动力学模型  14-16
    1.2.2 固化动力学研究方法和成果  16-19
  1.3 凝胶化理论与扩散效应  19-23
    1.3.1 凝胶化理论  19-21
    1.3.2 扩散效应  21-23
  1.4 固化过程中的相行为  23-27
    1.4.1 传统增韧方法的相分离行为  23-25
    1.4.2 “离位”增韧及相结构  25-27
  1.5 TTT 图与工艺优化  27-29
    1.5.1 TTT 图组成  27-28
    1.5.2 TTT 图的绘制  28-29
    1.5.3 TTT 图与工艺优化  29
  1.6 研究内容及论文结构  29-30
  参考文献  30-34
第二章实验部分  34-40
  2.1 实验原材料  34-35
    2.1.1 环氧树脂体系  34-35
    2.1.2 其它助剂  35
  2.2 环氧树脂体系的共混  35-36
    2.2.1 溶液法共混  35-36
    2.2.2 热熔法共混  36
  2.3 环氧树脂浇注体的制备  36
  2.4 实验设备及试样制备  36-40
    2.4.1 示差扫描量热仪（DSC）  36-37
    2.4.2 动态机械分析（DMA）  37
    2.4.3 流变分析仪  37-38
    2.4.4 扫描电子显微镜  38-40
第三章环氧树脂的固化反应动力学与TTT 图的绘制  40-58
  3.1 T_(g0) 和T_(g∞)两的确定  41-42
  3.2 固化反应动力学  42-46
    3.2.1 DSC 研究动力学的两种方法  42-43
    3.2.2 固化反应动力学分析  43-46
  3.3 玻璃化线的确定  46-51
  3.4 凝胶曲线  51-54
  3.5 等固化度曲线  54-56
  3.6 本章小结  56-57
  参考文献  57-58
第四章环氧树脂体系的化学流变学研究  58-82
  4.1 理论分析  58-61
  4.2 化学流变模型的建立  61-74
    4.2.1 DSC 曲线及黏度曲线  62-65
    4.2.2 参数的获得与化学流变模型的建立  65-74
      4.2.2.1 初始黏度η_0 的拟合  65-66
      4.2.2.2 反应速率常数K 和指前因子A 的拟合  66-72
      4.2.2.3 化学流变模型的建立与验证  72-74
  4.3 环氧树脂的工艺窗口  74-76
  4.4 TTT-η 图  76-79
  4.5 本章小结  79
  参考文献  79-80
  附录A：式（4.6）的推演过程  80-82
第五章环氧树脂体固化过程中的相行为  82-108
  5.1 相（分离）行为的基本理论  82-88
    5.1.1 相分离热力学基础  82-84
    5.1.2 相分离的条件和过程  84-86
    5.1.3 两种相分离机理  86-88
  5.2 相行为研究的目的、意义和方法  88-89
  5.3 不同配比的TP/TS 浇注体固化后的相形貌  89-98
  5.4 贴膜工艺浇注体的相形貌  98-104
    5.4.1 贴膜工艺浇注体的相形貌观察结果  99-102
    5.4.2 贴膜工艺浇注体的相形貌典型结果分析  102-104
  5.5 结论  104-105
  参考文献  105-108
第六章基于 TTT-η 图和相分离行为的工艺优化  108-118
  6.1 工艺优化思路  108-111
    6.1.1 TTT-η图与RTM 工艺优化  108-109
    6.1.2 TTT-η图与热压罐工艺优化  109-110
    6.1.3 TTT-η图与“离位”工艺  110-111
  6.2 “离位”工艺优化  111-117
  6.3 小结  117
  参考文献  117-118
第七章总结和进一步研究方向  118-121
  7.1 总结  118-119
  7.2 进一步研究方向  119-121
硕士期间发表和待发表的科技论文  121-122
致谢  122

通用航空环氧树脂的固化和相行为研究

内容摘要

全文目录

相似论文