配位与阴离子协同催化氰酸酯固化机理与性能研究

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1、硕士学位论文配位与阴离子协同催化氰酸酯固化机理与性能研究STUDYONTHECURINGMECHANISMANDPROPERTIESOFCYANATEESTERCATALYZEDBYCOORDINATIONANDANION张麒哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ317.3学校代码：10213国际图书分类号：631密级：公开理学硕士学位论文配位与阴离子协同催化氰酸酯固化机理与性能研究硕士研究生：张麒导师：张春华教授申请学位：理学硕士学科：高分子化学与物理所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ317.3U.D.C:631DissertationfortheMaster’sDegreeinScienceSTUDYONTHECURINGMECHANISMANDPROPERTIESOFCYANATEESTERCATALYZEDBYCOORDINATIONANDANIONCandidate：ZhangQiSupervisor：Prof.ZhangChunhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：

3、PolymerChemistryandPhysicsAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要氰酸酯树脂的氰酸酯官能团能发生环化自聚反应，生成高耐热的三嗪环交联结构，使其固化物具有优良的耐温性、力学性能以及介电性能，成为先进树脂基复合材料重要的基体材料。但是由于氰酸酯树脂存在热固化反应活化能高和

4、交联结构脆性较大的问题，用作复合材料基体材料时需要290℃高温固化的热应力劣化了复合材料的界面性能和力学性能。因此本论文基于高分子设计理论，通过四官能度环氧树脂与氰酸酯树脂共聚调控基体材料的交联结构，改善其脆性；基于阴离子/配位协同催化作用降低氰酸酯/环氧体系固化交联反应活化能，进而降低固化反应温度，提高氰酸酯/碳纤维复合材料综合性能。采用DSC，FT-IR，DMA，TG，层间剪切试验和弯曲试验，系统地分析评价了阴离子/配位协同催化环氧改性氰酸酯树脂的固化反应、固化物性能及其对碳纤维复合材料性能的影响。实验结果表明与未

5、催化氰酸酯/环氧树脂，叔胺型阴离子催化氰酸酯/环氧树脂和有机钴型配位催化氰酸酯/环氧树脂三种体系相比，复配催化剂表现出了较好的催化性能，复合催化剂催化氰酸酯/环氧树脂体系固化交联反应的最高放热峰温度下降75℃。固化反应的表观活化能也大大降低，由118.4kJ·mol-1低至67.3kJ·mol-1，红外光谱分析表明，在复合催化剂催化的氰酸酯/环氧树脂体系的交联结构中存在更多的三嗪环结构，表明叔胺型阴离子催化剂和有机钴型配位催化剂对固化反应具有协同催化作用。交联结构中更多的三嗪环结构为树脂固化体系提供了良好的耐热性，从D

6、MA测试可知，复配催化剂催化的树脂体系的玻璃化转变温度(Tg)为231.4℃，比未催化的树脂体系提高了19.5℃；协同催化固化氰酸酯/碳纤维复合材料层间剪切强度和弯曲强度分别为88.98MPa，2060MPa，比未催化氰酸酯/碳纤维复合材料的层间剪切强度和弯曲强度分别提高30.83%，86.42%，表明协同催化固化氰酸酯/碳纤维复合材料具有优异耐热性能、界面性能和力学性能；层间剪切强度和弯曲强度在高温条件下的保持率分别为72.3%，60.8%。关键词：氰酸酯树脂，配位/阴离子协同催化，碳纤维复合材料界面性能，弯曲性能-

7、I-AbstractAbstractCyanateesterresinisanewhigh-performanceresinwhichwasdevelopedinthe70sand80softhe20thcentury.Thesolidificationproducthasgoodtemperatureresistance,mechanicalpropertiesanddielectricproperties,becausethefunctionalgroupsofcyanateestercanoccuritspecu

8、liarcyclizationreaction,leadingtothegenerationofhighlycross-linkedtriazineringstructure.Duetothehigh-performanceofcyanateesterresin,itiswidelyusedtobecominganimportan