双马来酰亚胺不饱和聚酯的共聚改性研究

   2012-11-10 16:30:31 910
核心提示:  不饱和聚酯树脂是热固性树脂的一个重要品种,也是 复合材料 三大基体树脂之一。它具有良好的加工特性,,可以在室温、常压下

双马来酰亚胺不饱和聚酯的共聚改性研究

  不饱和聚酯树脂是热固性树脂的一个重要品种,也是 复合材料 三大基体树脂之一。它具有良好的加工特性,,可以在室温、常压下固化成型,不释放任何副产物;粘度比较适宜,可采用多种成型加工方法,如手糊成型、喷射成型、挤拉成型、注射成型等;而且原料易得,价格较低,因此该树脂在工业、农业、交通、建筑及国防等各个领域有着广泛的应用。 针对不饱和聚酯树脂基复合材料力学强度不高、耐热性不好的缺点,人们采用多种途径对不饱和聚酯进行改性。众所周知,双马来酰亚胺是一种耐高温的高性能树脂,用双马来酰亚胺进行耐热改性,目前较盛行,而且也取得了良好的效果,但是绝大多数是集中在改性环氧树脂上,很少用于改性不饱和聚酯树脂。本文采用双马来酰亚胺改性不饱和聚酯树脂,研究了共聚前后树脂的性能,分析了双马来酰亚胺对共聚物性能的影响。
1 实验部分
1.1 原材料 不饱和聚酯树脂,通用型196s,天津合成材料厂;双马来酰亚胺,浙江宁海县天成化学有限公司;过氧化甲乙酮,天津合成材料厂;环烷酸钴,天津合成材料厂。
1.2 实验仪器 红外光谱仪,vector222,德国bruck公司;多功能电子试验机,cmt26104,深圳三思公司;简支梁式冲击试验机,xcj240,河北承德实验机厂;热分析仪,2000sdt22960,美国dupont公司;热变形维卡温度测定仪,xwb2300f(hdt2vi2cat),承德试验机总厂。
1.3 共聚物的制备 称取一定量的up树脂、bmd(按质量比分别为2%、5%、8%、10%,相应试样编号为b2、b5、b8、b10),室温放置过夜,然后放入烘箱按下述升温程序进行固化:50℃/2h,70℃/10h,100℃/2h。固化试样呈黄色透明固体,纯up树脂也按上述程序制备,编号为b0。
1.4 性能测试与表征 拉伸性能测试条件:室温,拉伸速度为20mm/min。拉伸强度用下式计算:δt=p/(boh),δt为拉伸强度(mpa),p为最大载荷(n),b为试样宽度(mm),h为试样厚度(mm)。拉伸试样为非标样条14mm×3.3mm×3.6mm。
冲击性能测试条件:测试温度,室温。计算公式:αk=a/(boh),αk为冲击强度(kj/m 2 ),a为冲击试样消耗的能量(mj),b为试样宽度(mm),h为试样厚度(mm)。冲击试样尺寸参照gb/t2571-1995,无缺口。热分解温度测试条件:n 2 气氛,升温速度为20℃/min,扫描范围:室温~800℃。热变形温度的测定,试样为非标样条,升温速率为120℃/h,加热介质为甲基硅油。
2 结果与讨论
2.1 红外光谱分析 图1为纯up及改性体系固化后的红外光谱。从图中可以看出,在改性树脂中可以观察到1530~1500cm处酰亚胺双键的特征峰,而在纯up中没有此吸收峰,且其强度随bmd含量的增加而增强,说明bmd与up固化形成了交联网络。 2.2 力学性能 图2和图3分别为各体系的冲击强度和拉伸强度与bmd含量的关系图,从图中可以看出改性后拉伸强度在bmd添加量为2%时最大,比纯up的拉伸强度高,冲击强度在bmd添加量为5%时最大,但改性后材料的冲击强度均比纯up的低,纯up冲击强度为6135kj/m 2 ,从总体看改性后树脂的力学性能变化不大。
在共聚组分中,bmd具有优先与苯乙烯反应生成交替共聚物的倾向,而苯乙烯可以同时与bmd和up中的双键反应聚合成交联网络结构。bmd在网络结构中有两种作用:首先是增加交联密度。由于bmd是四官能度,而苯乙烯为二官能度,一个bmd分子可以和四条聚酯分子链相连,大大提高了网络交联密度;其次是增加了网络中链结构的刚度,但是拉伸强度和冲击强度还与网络的完善程度有关,bmd的引入有可能造成聚酯反应不完全,从而在网络中引入缺陷,造成强度下降。
2.3 tga分析 双马来酰亚胺以其耐热性著称,加入bmd的一个重要目的就是为了提高up树脂的耐热性。图4是纯up及共聚物的热失重曲线,由图可见,共聚物的热失重曲线移向高温端,材料的热分解温度提高,即材料的热稳定性提高。根据图4可以求出相应的热分解温度,结果如表1所示。
图5为up及改性体系的失重速率与温度的关系曲线,各体系最大热失重速率所对应温度值如表2所示。
由表1和表2可以看出,改性后体系热分解温度
较纯up的热分解温度明显提高,其最大热失重速率对应温度提高了13℃,而且初始热分解温度和分解50%对应温度也表现出不同幅度的提高。bmd的加入不仅使树脂的交联密度提高,而且在分子链中引入了耐热的杂环结构,使分子链中刚性基团增多,使得改性后共聚物的热稳定性也得以提高。
2.4 热变形温度(hdt) 表3为各体系的hdt,由表可见,加入bmd后各改性体系的hdt均高于纯up体系,并且在bmd含量为2%时hdt最高,比纯up提高了6.5℃,但由于bmd分子为刚性结构,其脆性较大,所以随着bmd含量的增加hdt反而下降。
3 结论
(1)bmd与up树脂具有良好的相容性,该改性树脂体系固化后生成均相的网络结构。
(2)bmd具有高耐热的特点,而且能与up树脂中的苯乙烯生成交替共聚物,所以这一共聚体系的热稳定性得到了明显的提高,也为改善up树脂的耐热性提供了一种具有实用价值的方法。
(3)bmd为交联网络中引入了刚性链段,提高了交联密度,对up树脂的力学性能造成一定影响。拉伸强度在bmd含量为2%时有所提高,冲击强度稍有下降,但变化不大。

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