摘 要

随着大型脉冲功率装置的不断发展，交联聚苯乙烯作为一种高频低介电绝缘材料在国防军工、微波通讯以及脉冲功率装置等方面的性能需求日益增高。交联聚苯乙烯的性能需求也进一步的提高。本课题以交联聚苯乙烯树脂为基体，利用天然木材中纤维素优异的力学性能，制备机械性能优异的树脂基复合材料，研究交联剂、偶联剂因素对于材料力学强度、热稳定性以及动态力学性能的影响。

实验中，通过改变交联剂的使用量来制备具有不同交联度的交联聚苯乙烯材料。并对材料的力学性能和热稳定性的进行了相关的测定，得到的结果表明交联聚苯乙烯在DVB的含量为2.0wt%时拥有最好的力学性能并且其热稳定性也随DVB使用量的提高而增强。

研究了在偶联剂使用量不用的情况下木材纤维增强交联聚苯乙烯复合材料的力学性能和热稳定性，结果表明材料的力学性能和木材纤维表面处理情况之间存在很大的关系。木材纤维和偶联剂的界面反应有助于提高CLPS/Balsa复合材料的力学性能和热稳定性。未加入偶联剂时木材纤维和交联聚苯乙烯之间的界面结合能力较弱，彼此之间浸润性低不能起到增强的效果。随着偶联剂的加入复合材料的力学性能随着偶联剂浓度的增加而提高。通过对CLPS/Balsa复合材料的断面形貌进行分析也能进一步的发现偶联剂的加入可以有效改善材料的界面结合性。

关键词：交联聚苯乙烯；天然木材；复合材料；机械强度；

Abstract

With the continuous development of large-scale pulse power equipment, cross-linked polystyrene, as a kind of high-frequency and low dielectric insulation material, has a growing demand for performance in national defense, military industry, microwave communication and pulse power equipment. The performance demand of cross-linked polystyrene is also further improved. In this paper, cross-linked polystyrene resin was used as the matrix to prepare resin matrix composites with excellent mechanical properties by using the excellent mechanical properties of cellulose in natural wood. The effects of cross-linking agent and coupling agent on the mechanical strength, thermal stability and dynamic mechanical properties of materials were studied.

In the experiment, the cross-linked polystyrene with different degree of cross-linking was prepared by changing the amount of cross-linking agent. The results show that the crosslinked polystyrene has the best mechanical properties when the content of DVB is 2.0wt%, and its thermal stability increases with the increase of DVB.

The mechanical properties and thermal stability of wood fiber reinforced cross-linked polystyrene composite were studied when the amount of coupling agent was not used. The results showed that there was a great relationship between the mechanical properties and the surface treatment of wood fiber. The interfacial reaction between wood fiber and coupling agent is helpful to improve the mechanical properties and thermal stability of CLPS / Balsa composite. Without coupling agent, the interface bonding ability between wood fiber and cross-linked polystyrene is weak, and the wettability between wood fiber and cross-linked polystyrene is low. With the addition of coupling agent, the mechanical properties of the composite increased with the increase of coupling agent concentration. Through the analysis of the cross-section morphology of CLPS / Balsa composite, it can be further found that the addition of coupling agent can effectively improve the interface adhesion of the material.

Keywords: cross-linked polystyrene; natural wood; composites; mechanical properties;

目 录

摘 要 III

Abstract IV

目 录 V

第1章 绪论 1

1.1交联聚苯乙烯材料的研究 1

1.1.1 聚苯乙烯材料介绍 1

1.1.2 聚苯乙烯的结构及性能特点 1

1.1.3 聚苯乙烯材料的应用 3

1.2 交联聚苯乙烯的改性 3

1.2.1 交联聚苯乙烯的物理改性 3

1.2.2 交联聚苯乙烯的化学改性 5

1.3 交联聚苯乙烯的合成及其网络结构 5

1.3.1 合成方法的选择 5

1.3.2 交联网络结构的形成机理 6

1.4 本论文的研究意义和研究内容 8

1.4.1研究意义 8

1.4.2研究内容 8

第2章 交联聚苯乙烯及复合材料的制备及表征 9

2.1 实验药品与实验仪器 9

2.2 交联聚苯乙烯预聚体的制备 10

2.3木材纤维/交联聚苯乙烯复合材料的制备 11

2.3.1 天然木材前期处理 11

2.3.2 预聚体填充木材及升温固化 12

2.4 结构与性能表征 12

2.4.1 结构表征 12

2.4.2 性能表征 13

第3章 木材纤维/交联聚苯乙烯结构与性能分析 14

3.1 交联聚苯乙烯的交联网络结构研究 14

3.2 交联聚苯乙烯的静态力学性能研究 14

3.2.1 交联剂用量对静态力学性能的影响 14

3.3 交联聚苯乙烯的动态力学性能研究 15

3.3.1 交联剂对动态力学性能的影响 16

3.4 材料红外光谱表征 18

3.4.1 天然木材结构分析 18

3.4.2 偶联剂改性天然木材红外光谱分析 18

3.5 复合材料断面扫描结构分析 19

3.6材料耐热性能分析 20

3.7 材料的动态热机械性能 20

3.8材料的静态力学性能研究 22

第4章 结论 24

参考文献 25

第1章 绪论

1.1交联聚苯乙烯的研究

1.1.1 聚苯乙烯介绍

聚苯乙烯（Polystyrene，简称PS）是由苯乙烯加聚而成的透明塑料，玻璃化转变温度在一百摄氏度以上，因此可以用来作一次性泡沫饭盒等，广泛应用性仅次于聚乙烯和聚氯乙烯^[3]。由于其价格相对较低和独特的特性，不仅在各个商业领域得到了广泛的应用，而且还作为一些特殊用途的高分子材料使用。聚苯乙烯的市场需求从问世之初便持续稳定增长。现今世界上存在的聚苯乙烯种类繁多，主要的种类有通用聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯以及抗冲击聚苯乙烯。普通聚苯乙烯树脂是一种透明的颗粒材料，。发泡聚苯乙烯是GPS在发泡剂的作用下制造出来的。抗冲击聚苯乙烯是通过将少量弹性体掺入普通聚苯乙烯以后改良出的产品。可以根据它的抗冲击性能分成中、高和超高三个种类。

1.1.2 聚苯乙烯的结构及性能特点

聚苯乙烯的分子结构如图1-1所示。聚苯乙烯通常是一种非晶态的聚合物，拥有着优异的隔热性能和电阻性，透明度较高。聚苯乙烯在1~69℃的温度区间可以正常使用，低温使用时容易开裂并且聚苯乙烯质地较脆。除此以外，聚苯乙烯还有全同和间同两种不同的存在形式。全同和间同均有着结晶性。聚苯乙烯的主要性能如下：因为其分子结构不对称，分子间难以进行移动，因此聚苯乙烯的质地坚硬但与此同时脆性也较大，内部容易产生内应力而导致产品因为内部应力而发生断裂。聚苯乙烯的成型难度和分子量相关，越大加工越难，其抗拉强度、冲击强度和弹性模量等机械性能会随温度的升高而呈现出下降的趋势导致材料的断裂生长率增大。

光学性能：聚苯乙烯透光性良好，透光率88%~92%、折射率1.59～1.60，可用作部分光学元件^[4]。聚苯乙烯在用于制作高透明度的光学部件时会加入适量的防老化剂以防止