Al₂O₃/环氧树脂-氰酸酯复合材料反应动力学及力学性能

陈宇飞^1,2，李治国¹，刘宇龙¹，滕成君³，崔巍巍¹

1. 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院2. 哈尔滨理工大学工程电介质及应用技术教育部重点实验室3. 哈尔滨市香坊区疾病预防控制中心

摘 要：以双酚A型环氧树脂（E51）和双酚A型氰酸酯（BCE）为原料,研究E51改性BCE共固化反应机制。同时,以E51-BCE为基体树脂,溶胶-凝胶法（Sol-Gel）自制Al₂O₃为增强体,制备Al₂O₃改性E51-BCE （Al₂O₃/E51-BCE）复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学,并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、 180℃时的反应历程,结果表明:起始固化温度在160℃时,以E51与BCE直接反应为主;起始固化温度在180℃时, BCE反应活性提高,以BCE自聚反应为主,生成三嗪环的速率加快,少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al₂O₃进行FTIR和TEM表征,结果表明:Al₂O₃为短纤维状的晶体,表面含有少量羟基。SEM结果显示:Al₂O₃为分散相,与基体间界面模糊, Al₂O₃/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则,为典型的韧性断裂;当Al₂O₃掺杂量为3wt%时, Al₂O₃在基体中分散均匀, Al₂O₃/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m²和2.54 GPa,比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%,力学性能得到明显改善。

关键词：双酚A型氰酸酯;环氧树脂;反应机制;反应动力学;力学性能;