摘 要

环氧树脂具有优良的力学、电绝缘及耐化学腐蚀等性能，在低温工程中主要被用作纤维增强复合材料的基体，但由于环氧树脂的低温脆性及易开裂等阻碍了其在低温工程中的广泛应用。因此，提高韧性对环氧树脂在低温下的使用至关重要，通过固化剂引入柔性链段是一种有效的方法。

论文采用柔性聚醚胺（D-400）、二乙基甲苯二胺和异佛尔酮二胺为固化剂，通过调整柔性聚醚胺的含量来提高环氧树脂韧性，主要研究内容及结论如下：

（1）聚醚胺的加入可有效提高树脂体系的低温韧性。低温环境通过液氮介质来营造。将试样放置于液氮罐内，放入5秒后拿出，重复三次此过程，使试样温度达到77K。未加聚醚胺树脂体系77K时冲击韧性为12.8KJ/m²，相比室温时的18.36KJ/m²下降了30.3%；当聚醚胺含量为40%时，室温下的冲击韧性为23.62KJ/m²，比纯树脂提高了28.6%，而77K下的冲击韧性比室温下性能更高，达到了25.39KJ/m²。添加聚醚胺的冲击断面处银纹增加，呈现韧性断裂特征。

（2）环氧树脂体系的固化动力学研究表明：聚醚胺的加入，能够提高树脂体系的反应活性。当聚醚胺的含量为40%时，环氧树脂体系凝胶温度从131℃降到了108℃，降低了23℃。

（3）DMA分析表明，聚醚胺的加入降低体系耐热性。未加聚醚胺树脂体系的Tg为133℃，当聚醚胺含量为40%时，Tg为107℃，温度下降26℃，但大于100℃。

关键词：改性环氧树脂；聚醚胺；低温韧性；力学性能。

Abstract

Epoxy resins have been increasingly employed in cryogenic engineering technologies as matrices for fiber-reinforced composites because of their High strength and stiffness,good dielectric behavior and resistance to chemicals.But epoxy resins normally have poor crack resistance at low temperature,which makes them unsuitable for many cryogenic engineering applications.Thus,it is necessary to improve the toughness and ductility of epoxy resins.The introduction of flexible segments by curing agents is an effective method.

In this paper, flexible polyether amine(D-400),diethyltoluenediamine and isophorone diamine were used as curing agents to improve the toughness of epoxy resin by adjusting the content of flexible polyether amine.The main contents and conclusions are as follows.

1. The addition of polyether amine can effectively improve the low temperature toughness of resin system.The low temperature environment is created by liquid nitrogen media. Place the sample in a liquid nitrogen tank and put it in 5 seconds. Repeat this procedure three times to bring the sample temperature to 77K.The impact toughness at 77K of the polyether amine resin system was 12.8KJ/m², which was 30.3% lower than that at 18.36KJ/m² at room temperature.When the content of polyether amine is 40%, the impact toughness at room temperature is 23.62KJ/m², which is 28.6% higher than that of pure resin, and the impact toughness at 77K is higher than that at room temperature, reaching 25.39KJ/m². The addition of polyether amine at the impact of the cross section of the increase in the appearance of ductile fracture characteristics.
2. The curing kinetics of different epoxy resin systems was studied using differential scanning calorimetry，results show that the gel temperature of the modified epoxy resin system is lower than that of the polyether amine-free resin system, and the gel temperature is from 131.5℃ to 108.63℃. Indicating that the addition of polyether amines can improve the activity of the resin system.
3. DMA analysis showed that the addition of polyether amines reduced the heat resistance of the system. The Tg of the polyether amine resin system was 133℃, and when the content of the polyether amine was 40%, the Tg was 107℃ and the temperature was lowered by 26℃ but greater than 100℃.

Key word: Modified epoxy resin； Polyether amine；Low temperature toughness；Mechanical properties.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1环氧树脂概述 1

1.1.1环氧树脂的定义及发展 1

1.1.2环氧树脂的分类 1

1.1.3环氧树脂的固化 2

1.2环氧树脂在低温工程中的发展 3

1.2.1环氧树脂在低温工程中的应用背景 3

1.2.2改性环氧树脂方法 4

1.3本文研究内容 6

第2章 实验设计及测试表征方法介绍 7

2.1实验原料及实验仪器介绍 7

2.1.1环氧树脂 7

2.1.2固化剂 7

2.1.3实验仪器介绍 9

2.2配方设计 10

2.3试样制备 11

2.3.1确定固化制度 11

2.3.2制备试样过程 12

2.4测试方法与表征手段 13

2.4.1 DMA测试 13

2.4.2 树脂浇铸体冲击性能的测试 13

2.4.3 低温树脂浇铸体冲击性能测试 14

2.4.4 SEM树脂浇注体断口形貌测试 14

2.4.5 红外测试 14

第3章 实验结果分析与讨论 15

3.1冲击性能讨论 15

3.2材料热性能讨论 16

3.3红外光谱结果分析 18

3.4冲击断面分析 19

3.5本章小结 21

第4章 结论与展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章绪论

1.1环氧树脂概述

1.1.1环氧树脂的定义及发展

环氧树脂，也称为聚环氧化物，是一类含有环氧基团的反应性预聚物和聚合物。环氧树脂可以通过催化均聚反应或与包括多官能胺，酸（和酸酐），酚，醇和硫醇的广泛范围的共反应物反应（交联）。这些共反应物通常被称为硬化剂或固化剂，并且交联反应通常被称为固化。聚环氧化物与其自身或与多官能硬化剂的反应形成热固性聚合物。环氧树脂的品种繁多、固化工艺简单、收缩率低、具有较好的粘接性以及较优的力学性能，它的耐腐蚀性能很强、能够在高温下使用^[1]。因此，环氧树脂可用作化学涂料、万能胶水、焊接物品以及纤维增强复合材料的树脂基体等，广泛应用于机械、汽车、精细化工、电气绝缘材料、船舶、建筑等工业部门以及大型的水利水电等诸多的领域^[2]。

环氧树脂最开始是在1891年、1909年分别由德国一位化学家名为Lindmann和俄国一位化学家名叫Prileschajew合成出来的，在当时还没有环氧树脂固化剂的存在，因此环氧树脂并没有较大的应用价值，这使其发展和应用受到了阻滞。到了20世纪30年代，环氧树脂行业渐渐开始发展起来，先是化学家Greelee和化学家Pierre Castan发表了关于合成环氧树脂的多项专利，并发现经过固化的环氧树脂能够很好的粘接物品，可做胶黏剂使用。其次，美国的De Voe-Gaynolds公司开始了大批量的生产环氧树脂，随后越来越多的企业开始合成生产环氧树脂，形成了庞大的队伍。随着时间的发展，直到20世纪40年代时，环氧树脂完全工业化，进入了日渐鼎盛的生产时代，产量渐渐增加，品种也越来越多。1958年Com Chemical公司研发出脂环族的热塑性环氧。到了20世纪50年代以及60、70年代，又开发出新的有特殊功能性官能团的环氧树脂，如含有芳杂环的环氧、酚酞环氧等^[3]。