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环氧树脂具有许多优异的性能,应用日益广泛,但是环氧树脂性脆,其增韧研究具有一定的理论价值和实际意义。本文的研究内容主要由两部分组成,其一是从有机方面对有机硅改性环氧树脂材料性能的研究;其二是从无机方面对混合填料(MG和HGB)对有机硅改性环氧树脂的增强增韧效果进行了研究,主要研究了混合填料(MG和HGB)/有机硅改性环氧树脂灌封料的力学性能。本论文包括树脂的合成和改性两方面,其中树脂的合成包括羟基有机硅中间体的合成、乙氧基有机硅中间体的合成和羟基有机硅-环氧共聚树脂、乙氧基有机硅-环氧共聚树脂的合成,并进行了相关的结构表征和性能测试,得出以下结论:
1、在羟基有机硅中间体合成过程中,选用一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、一苯基三氯硅烷为主要原料,以二甲苯、异丙醇、丙二醇甲醚醋酸酯混合液作为溶剂,实验研究了合成的最佳条件:反应温度为35~40℃,反应时间为1~1.5h,nH2o/nC1=6:1~7:1,搅拌速度为12.5rpm。通过红外光谱分析,羟基有机硅顺利接枝到了环氧树脂分子结构上。
2、以冲击强度为指标,研究了改性固化物的力学性能,当固化剂用量为理论用量的1.8倍时,改性树脂固化物冲击强度最佳。
3、羟基有机硅改性环氧树脂(CE)固化物比环氧树脂(EP)固化物的力学性能好,当R/Si为1.5时,改性树脂力学性能较佳;通过扫描电镜(SEM)分析发现,用羟基有机硅改性的环氧树脂固化物的断裂界面属于韧性断裂,羟基有机硅改性环氧树脂起到了真正的增韧作用;通过热失重分析发现,羟基有机硅改性环氧树脂耐热性好于环氧树脂。吸水率也有所降低,而耐酸和耐碱性比环氧树脂差。
4、在乙氧基有机硅改性环氧树脂(YE)中,通过调节用水量发现,当有机硅中间体中乙氧基含量在4%以上,才能发生较好的化学接枝。
5、乙氧基有机硅的相对分子量越大其性能越好。当水解用水量为完全水解用水量的0.5倍时,树脂的耐热性和韧性均有所提高,其拉伸强度达到25.68MPa,弯曲强度达26.73MPa,冲击强度达到14.07KJ·m-2,50%的质量热损失温度达424℃;且用乙氧基有机硅改性环氧树脂后,其树脂的吸水率降低,耐酸性和耐碱性也增强。
6、用KH-550硅烷偶联剂分别改性磨碎玻璃纤维(MG)和空心玻璃微珠(HGB),红外谱图分析表明MG和HGB表面化学改性成功。
7、填充混合填料的改性树脂灌封料体系力学性能比填充单一填料的力学性能好。当MG/HGB重量比为100/3时,CE和YE都具有优异的综合力学性能。CE灌封料体系的拉伸强度达45.77 MPa,弯曲强度达44.66MPa冲击强度达20.16KJ·m-2:YE灌封料体系的拉伸强度达60.98 MPa,弯曲强度可达37.89MPa,冲击强度达26.67 KJ.m-2。