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摘 要

研究了碳酸氢铵和短切玻纤对低密度不饱和聚酯树脂（UPR）制备过程的热力学和动力学的温和热的影响，以及过程中UPR微观结构的演变。适当添加NH₄HCO₃和短切玻璃纤维有利于UPR的初始固化过程，并延缓了后续的UPR交联过程。NH₄HCO₃的中和作用和氢键作用降低了UPR的平均吉布斯自由能变化，增加了UPR交联的自发性。随着NH₄HCO₃的加热和分解，氢键消失，气泡阻碍了UPR的交联。交联的活化能增加，成为温和热交联的另一优势。

短切玻璃纤维所产生的“桥连”使聚酯分子彼此紧密结合，形成一种“平面”分子结构，导致吉布斯平均自由能变化的减少和UPR分子的有益碰撞。短切玻璃纤维的空间位阻作用提高了树脂胶的速度和交联的活化能，从而使不饱和聚酯（UPR）的聚合反应较慢且得到改善。适当添加NH₄HCO₃和短切玻璃纤维的协同作用，以其独特的热力学和动力学特性，实现了CFR-LDUPR的单独温和热加工。

关键词：热力学 动力学 玻璃纤维增强 低密度不饱和聚酯树脂 温和热

ABSTRACT

The effects of ammonium bicarbonate and chopped glass fibers on the thermodynamics and kinetics of the preparation of low density unsaturated polyester resin (UPR) and the evolution of the microstructure of UPR in the process were studied. Appropriate addition of NH₄HCO₃ and chopped glass fibers facilitates the initial curing process of UPR and delays the subsequent UPR crosslinking process. The neutralization and hydrogen bonding of NH₄HCO₃ decrease the average Gibbs free energy of UPR and increase the spontaneity of UPR crosslinking. With the heating and decomposition of NH₄HCO₃, the hydrogen bond disappears, and bubbles hinder the crosslinking of UPR. The activation energy of crosslinking increases, which is another advantage of mild thermal crosslinking.

The "bridging" produced by chopped glass fibers makes polyester molecules bond closely with each other, forming a "plane" molecular structure, resulting in the decrease of Gibbs average free energy change and the beneficial collision of UPR molecules. The steric hindrance of chopped glass fibers increases the speed of resin adhesive and the activation energy of crosslinking, so that the polymerization of unsaturated polyester (UPR) is slow and improved. With the synergistic effect of NH₄HCO₃ and chopped glass fibers, CFR-LDUPR can be processed mildly and separately with its unique thermodynamic and dynamic characteristics.

KeyWords: thermodynamics; dynamics; Glass Fiber Reinforcement; Low Density Unsaturated Polyester Resin; Mild-thermal

目录

ABSTRACT ii

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 不饱和聚酯树脂的发展与应用 1

1.3 低密度不饱和聚酯树脂的发展与应用 2

1.4 玻璃纤维增强低密度复合材料发展与应用 3

1.5 研究目的 5

1.6 研究内容 6

1.7 研究创新点 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验思路 7

2.2 实验部分 8

2.2.1 实验原料 8

2.2.2 实验仪器 8

2.3 实验方法 10

2.3.1 实验标准 10

2.3.2 实验流程 10

2.3.3 测试分析方法 10

2.4 理论模型 11

2.4.1 热力学模型 11

2.4.2 动力学模型 12

第三章 结果与分析 14

3.1 KH-570偶联剂对短切玻纤与树脂结合的讨论 14

3.1.1 FTIR（红外光谱）分析 14

3.1.2 SEM分析 15

3.2 CFR-LDUPR样品制备 16

3.3 制备CFR-LDUPR中UPR聚合过程的热学研究 16

3.3.1 制备CFR-LDUPR中UPR的固化热力学研究 17

3.3.2 制备CFR-LDUPR中UPR的固化热力学研究 20

3.5 短切玻纤掺量对CFR-LDUPR样品泡孔的影响 22

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 27

致 谢 31

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

复合材料（Composite Material）可以保留原来的组分材料的主要特性，以及通过该材料设计，每种组分的性能相得益彰并且彼此相关，以便它能够获得由原始部件材料所无法比拟优越的性能，并且与一般材料的简单混合是有本质的不同^[1]。

构成树脂基复合材料的树酯单位体积内消耗的原材料少，可做到节约原材料资源的同时表现出独特的力学性能，因此低密度树脂基材料和低密度树脂基复合材料的研究与应用受到广泛重视^[7-11]。

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