环氧vitrimer复合材料的增韧改性及其性能研究

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环氧树脂vitrimer结合了热固性和热塑性的优点,不仅具有优异的机械性能和热稳定性等,还可以进行自修复和回收利用,具有较高的潜在的应用价值。但是由于环氧树脂基体为热固性材料强度较大且韧性较差,极大的限制了材料的应用。所以针对上述环氧基vitrimer进行增韧改性,有利于增强原材料的使用寿命从而降低损耗。本文选用柔性长链聚己内酯和邻苯二甲酸二辛酯作为改性剂,乙酰丙酮锌为催化剂,甲基四氢苯酐为固化剂制备环氧树脂vitrimer,探究增韧改性后环氧树脂vitrimer体系的各种性能。本文探究了固化反应过程及反应机理,探究了材料的弯曲强度、韧性等力学性能以及玻璃化转变温度、分解温度等热学性能;热焊接剪切强度及通过偏光观察材料划痕修复探究材料等自修复能力;过流变实验分析了材料的应力松弛,并通过建立双元件模型来描述其应力松弛行为;通过形状记忆实验测试了材料的形状回复能力。通过偏光实验发现,加入增韧剂之后,样品的划痕无论从深度还是宽度,修复性能均能提高。通过改性后的材料都可以进行多次热焊接剪切实验,聚己内酯和邻苯二甲酸二辛酯改性的vitrimer在190℃下重复五次实验,最后都稳定在0.9 MPa左右。改性后环氧树脂的应力松弛行为是有两个松弛过程,前期由快速的小单元分子链松弛主导,后期是由缓慢的酯交换引起松弛主导。在两个改性体系中,应力松弛行为与温度都有关系,都是随着温度升高,酯交换能力增强,材料应力松弛加快;另外材料的应力松弛与实验次数也有关系,随着实验次数的增加,由于材料内部结构逐渐完善,松弛时间增加。经过对材料的形状记忆实验发现,材料经过改性之后回复时间明显加快,材料的回复时间也与温度有关,材料的回复速率随着温度升高而加快。两种经过韧性改性后的材料都具有优异的回复性能且都符合Bolyzmann模型的反S曲线。
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