摘要

形状记忆环氧树脂拥有力学性能、形状记忆效应和高模量等优秀性能，因此越来越多的目光投向这一新材料，希望这种材料能够在航空航天方面得到充分的利用，以满足对空间展开结构材料日益严苛的要求。本文以酸酐类固化剂柔性3298作为主体实验，研究柔性环氧-环氧树脂体系的性能。为研究柔性环氧的含量对于环氧树脂体系性能的影响，本实验对制备的样品进行了扫描电镜分析、红外光谱分析、DMA、形状记忆性能检测、拉伸测试、冲击测试的检测，希望得到最佳的配方，提高环氧树脂的力学等各方面性能。

研究表明，柔性环氧的羧基会与E-51的环氧基团发生酯化反应形成酯键。产生部分程度的交联。而柔性环氧的含量在30%-40%时，环氧树脂在力学性能方面，拉伸强度达到最大为36.01MPa。且此条件下，冲击强度最大为73.74 kj/m2。

关键词：形状记忆柔性环氧环氧树脂固化剂力学性能

Abstract

Shape memory epoxy resin has a good shape memory properties, mechanical properties and other properties are very good, so more and more eyes on the new materials, I hope this material can be obtained in the aerospace sufficient one, to meet the increasingly stringent requirement on the spatial structure of the material. In this paper, the properties of flexible epoxy epoxy resin system are studied by using the anhydride type curing agent flexible 3298 as the main body experiment.. For the research of flexible epoxy content influence on the performance of epoxy resin system, the experiment on the prepared samples were scanning electron microscope analysis, infrared spectrum analysis, detection of DMA, shape memory properties detection, tensile test, impact test, I hope the best formulation is obtained, high epoxy resin mechanical properties.

The research shows that the carboxyl group of the flexible epoxy group and the epoxy group of E-51 react with the ester bond.. Partial degree of crosslinking. While the content of the flexible epoxy in 30%-40%, the epoxy resin in the mechanical properties, the tensile strength of the maximum of 36.01MPa. Under this condition, the impact strength is 73.74 kj/m2.

Keywords: Shape memory：Flexible epoxy：Epoxy resin：Curing agent：Mechanical properties

目录

目录 ………………………i

摘要 ………………………I

Abstract ………………………II

第一章文献综述 ………………………1

1.1课题研究背景和目的 ………………………1

1.2形状记忆聚合物

1.2.1形状记忆聚合物概述 ………………………1

1.2.2形状记忆聚合物的分类 ………………………1

1.2.3形状记忆聚合物的研究现状 ………………………3

1.3环氧树脂 ………………………4

1.3.1 环氧树脂的概述 ………………………5

1.3.2环氧树脂的分类 ………………………7

1.3.3 环氧树脂的应用 ………………………8

1.3.4脂环族环氧树脂 ………………………9

1.3.5脂环族缩水甘油醚

1.4 环氧树脂固化剂 ………………………11

1.4.1 多元胺类固化剂 ………………………11

1.4.2 酸酐类固化剂 ………………………11

1.5形状记忆环氧树脂的发展与研究现状

第二章实验部分 ………………………13

2.1实验原料和实验原理 ………………………13

2.1.1实验原料 ………………………13

2.1.2实验仪器 ………………………13

2.2形状记忆环氧树脂制备 ………………………14

2.2.1 实验配方 ………………………14

2.2.2样品制备 ………………………14

2.3性能检测 ………………………16

2.3.1 拉伸性能检测 ………………………16

2.3.2冲击性能检测 ………………………16

2.3.3扫描电镜（SEM）分析 ………………………17

2.3.4红外光谱分析 ………………………17

2.3.5动态机械分析（DMA）

2.3.6形状记忆性能测试

第三章结果与讨论

第三章结果与讨论 ………………………18

3.1 力学性能分析 ………………………18

3.1.1 拉伸性能分析 ………………………18

3.1.2 冲击性能分析 ………………………19

3.2 红外光谱分析 ………………………21

3.3 扫描电镜（SEM）分析 ………………………23

3.4动态热力学性能分析（DMA） ………………………24

3.5材料的形状记忆性能分析 ………………………26

结论……………………………………………………………………………………………….

参考文献

1.1课题研究背景和目的

随着太空研究的深入，大型空间研究平台的需求也越来越迫切。可以想的到，最近和未来航天器需要使用大型的结构和部件，如设计建造大型空间科学观测站，天线，太阳能电池阵列等等。但是如何将这些大型的器件发射到轨道就变成了一个难题，因为就目前的运载火箭的运载能力来说，不仅问题重重而且成本极高。而形状记忆环氧树脂的研究将会为这一领域的研究提供新的机遇。

目前的空间技术包括机械铰接装置，应变能杆和充气结构。传统的机械展开的铰链装置包括多个可动构件（例如一个扭力弹簧，机械制动装置等），虽然其具有高可靠性，但有时展开产生了巨大的冲击。而充气空间结构是柔性膜材料或复合层压薄膜材料构建的空间展开结构，由于建筑物材料是柔性的，所以发射它可以在包装之前被折叠以节约发射空间，在进入轨道后，再通过填充气体离开充气结构的内部，这是一种非常有效的空间扩展的技术，但缺点是展开结构强度是比较低的。

热固性树脂基形状记忆复合技术是在20世纪末21世纪初才开始研究的一个新材料技术，由于其较高的应变破坏，高强度，密度低，应变和形状恢复存储能力，所以成了理想的结构材料，可消除当前差不多全部太空平台的展开缺陷。形状记忆热固性树脂基复合材料，可以作为独立展开结构，它也可以用在充气空间。这种复合材料技术将形状记忆聚合物和各种纤维，增强颗粒，填料组合起来使用。当这种复合材料加热到TR以上的时候，然后在一定的机械负载下，可产生高的变形。如果继续保持Tr的变形状态，就可在冷却后保持变形后的状态。在发射进入轨道后，材料被加热到高于可能发生Tr的形状记忆温度。该材料可以恢复原来的形状。这种形状的折叠 - 循环是可逆的，该测试可以在我们的测试基地完成，并在发射前折叠包装进入轨道后通过简单的加热是其恢复形状。这些特点非常适合空间研究平台的建设。而国内外对与这种技术的研究尚处于起步阶段，我们可以展望未来这种技术必将迎来突破性的发展，也会在太空研究中占据一个非常重要的位置。因此国外的太空国家也包括我国都投入了大量的资金和科研力量，都取得了不错的进展。

由于这种先进的复合材料技术，具有提高火箭负承载能力，降低发射成本的其他优点。该技术已经成为太空研究的热点方向。如果这一技术取得突破性的进展，不仅为航天科技提供的质量轻体积小和可塑性好的大型结构，同时也为超轻，超巨的空间结构提供了全新的方法。许多外国的国家航天局都对这种新材料，新技术显示出了极其浓厚的兴趣，并据报道都将投入巨资争取近期或最短的时间内在这方面的研究取得进展。谁能够首先将这一技术运用到航空航天技术中，谁就将在太空开发中占据主动位置。目前处于领先地位的是美国国防部以及美国航空和宇宙航行局（NASA）下属研究机构 Composite Technology DevelopmentCTD），该机构开发出 TEMBO 系列环氧树脂，并成功制作出形状记忆聚合物基复合材料展开结构件，以及ILC Dover 开发的 TP系列环氧树脂和充气展开结构。。图1-1所示是应用充气展开技术制备的大型天线装置。在这一领域，我国还处于空白阶段，因此加大研究力度，努力赶上发达国家刻不容缓。

1.2 形状记忆聚合物

1.2.1形状记忆聚合物概述

什么是形状记忆材料呢？一般的认为当材料变形后，通过特定的方法包括物理方法或者化学方法的激发可以恢复到原来形状。最常用的方式便是将形状记忆聚合物直接加热，在加热过程中，形状记忆过程是，先将其固化成需要的形状这是初始形态；然后将样品加热到Tg以上，这时材料变得相当软，相当容易塑形，固定成需要的形状后冷却得到固定形状，最后便是重新加热到Tg以上，在不受外力的情况下，材料会回复到初始形态。这种方法不仅操作简单而且对于实验室设备的要求也低。拥有形状记忆效应的高分子聚合物称为形状记忆聚合物，这是一种在上个世纪六十年代才开始发展起来的新材料。聚合物形状记忆效应的提出可以追溯到上世纪四十年代初Mather 提出的弹性记忆概念，而在60年代就出现了使用聚合物形状记忆效应这一原理研究出来的收缩管。最早的形状记忆聚合物（SMP） 是 20世纪80年代由法国的一家公司生产制造的聚降冰片烯。可是在此之后，对形状记忆聚合物的相关研究也不是很多，等到了90年代因为市场和科技发展的需求才有重新引起了大家的兴趣。发展到现在，已经研发出形状记忆聚氨酯类、形状记忆环氧树脂类、形状记忆聚苯乙烯等热固性和热塑性形状记忆聚合物。与其他形状记忆材料相比，SMP 具有形变大、易形变，和能够用多重激发条件引发回复的优点。但是，这也不代表没有缺点回复力小、弹性模量低、密度不够紧密和蠕变剧烈。所以在对形状记忆聚合物研发的同时，也在想方法来提高材料的模量、回复力等，包括在配方中加入纳米材料或者纤维材料。而目前的研究更倾向于复合材料，这是一个相当好的尝试。形状记忆聚合物作为有机高分子材料，与市场上现有的材料具有许多值得期待的优势。当然，还有许多问题没有克服。可以预见，当技术成熟时，这种材料将会有很大应用市场。

1.2.2形状记忆聚合物的分类

关于形状记忆聚合物的分类有很多，其中最常用的是按照形状记忆聚合物的触发条件不同进行分类：

（1）热触发感应型：

这种材料通常在室温以上触发形变,以及在室温下固化定型。这种材料一般很稳定，能够长时间存放。,当温度再次加热到一个特定的感应温度时，样品能够速度的恢复到原来形状的聚合物。这种材料有着很打的应用，尤其是在医疗器械，运动装备，建筑材料，商品包装，汽车电子和家用电器，泡沫材料，各种坐垫，消防方面的各种装备等。

（2）电触发感应型：

这种新材料一般是一些热感应型形状记忆功能高分子材料和能够导电的一些材料如可以导电的石墨碳，金属纳米材料和一些高分子合成的复合材料。它的记忆原理与热感应型差不多,这种材料经过通电时产生的热能，使材料温度升高，当温度达到材料的回复温度时，就会触发形变，回复到初始形状。由此我们可以看出，这种材料不仅具有导电的能力还拥有不错的形状记忆能力。这种材料前景十分广阔，应用也很广泛，一般是在电子通讯科技，高科技仪器等方面，比如集束管，屏蔽仪器等。

（3）光触发感应型：

这种新材料是把一些特殊的光感应变色基团加入到高分子聚合物中。只要受到光照射的时候，就会引起聚合物在化学方面的异构和重组反应，其内部的结构会发生明显的变化。而其宏观上的变化是引起形状变化，但当停止照射也就是结束触发的时候，材料就会迅速的回复到原来的形状。这种材料因为其快速的形状记忆机理，也有着很大的开发潜力。广泛应用在印刷工业器械，光触发记录材料，化学缓释剂和光驱动分子材料等。

（4）化学触发感应型：

这种新材料利用材料周围的化学介质所拥有的特性来引发材料的形变和形状恢复。常用的化学触发方式包括值变化、离子平衡置换、鳌合反应、相转变化学反应和氧化还原反应等,这些化学药剂有部分经过皂化反应形成的聚丙烯酞胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。这种材料由于其触发反应比较繁琐，对实施条件要求较高的原因应用范围比较小且固定。一般运用在化学工业中的离子薄膜和“化学发动机”等特定的高科技领域。

在上面介绍的多种形状记忆聚合物中，研究最多也最深入的就是热感应型材料。而本次实验也是对热感应型形状记忆聚合物进行的研究。

1.2.3形状记忆聚合物的研究现状

形状记忆聚合物在分类上归于形状记忆材料，因为拥有良好的敏感触发，驱动和控制功能，形状记忆材料通常被认为是智能材料或者活性材料，可能是未来的感应器和驱动器的重要组成部分。形状记忆聚合物的记忆效应明显不同于其他形状记忆材料，拥有独特的形状记忆原理。不管是热塑性的聚合物还是热固性的聚合物，都必须拥有化学或物理交联网络结构，因为这种结构在当温度高于玻璃化温度时，为材料提供了橡胶稳定态。而在最近这几年，国内外都利用物理或者化学交联原理采用物理或化学交联方法研发出了很多种类的产品，如交联聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚降冰片烯等。相应的深入探究了各自的特性，进展喜人。V.A波罗申科人研究讨论了热膨胀石墨填充环氧树脂复合材料的形状记忆效应。其他的团队有研究制造运用在空间结构方面的材料，如库罗什团队研究开发的一系列新型的百分比含量富含芳环占20%-30%的热塑性聚氨酯弹性体。ILC Dover, Inc.内部研究和发展部从上世纪60年代年就开始研究几种运用在航空航天科技方面形状记忆聚合物。

在研究形状记忆聚合物的同时呢，我们能够越来越认识这种新的材料，了解聚合物的内部结构，也能够有助我们发现这种材料新的特性及其新的用途。首先是理论方面的认识，可以更深入的了解嵌段聚合物、聚合物凝胶、交联聚合物的结构组成与性能之间关系；其次是实践方面，能够尝试和设计出具有不同的内部结构，不同的功能的新型高分子聚合物，可以更好的满足市场的需要。在上面我们介绍，按照触发记忆功能的条件不同分类成热触发感应型，光触发感应型，电触发感应型，和化学触发感应型。虽然世界上最先出现的形状记忆聚合物是法国的CF-chmite公司在20世纪80年代研究出来的聚降冰片烯，但最先察觉到这种材料拥有形状记忆功能并将在未来的材料中占据一席之地的是一家日本公司，并命名其为NORSOREX投入市场，引起很大的震动。

上世纪80年代末90年代初，kuraray公司采用西格那（Ziegler）催化剂，经溶液聚合的方法，其反式1，4-聚异戊二烯聚合几乎达到100%，成功研究出了聚异戊二烯具备形状记忆效应。该产品一面市就以其形变回复力大、形变速率快、高精度回复等优点十分夺人眼球。但该产品也存在其功能上的缺陷，不能够在成型后再次成型。在那之后，关于形状记忆聚合物的研究取得了不错的进展，目前已经研发出的形状记忆聚合物还有用聚乙烯和丁二烯合成的共聚物、聚乙烯醇缩醛凝胶、乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物、交联聚乙烯基甲基醚、聚已酸内酯、聚酰胺、聚酯系聚合物合金、聚氟代烯烃等。形状记忆聚合物形在研究初期运用在热收缩材料，包装材料，塑料泡沫及自动调整器械。而经过这么多年的发展，形状记忆聚合物的研究焦点更多的转到了生物工程设备、航空航天空间展开结构，以及微系统领域。

1.3环氧树脂

1.3.1环氧树脂的概述

环氧树脂是一类低聚物，一般是以脂肪族、脂肪族环或者芳香族为主链。每1个分子单元中含有2个或2个以上的环氧基团。状态上有固态和液态两种状态。环氧树脂是低聚物，空间结构上表现为线型结构，具有热塑性。平均相对分子质量大多数都比较低，最低差不多300，只有少数很高能够高达8000。当环氧树脂混合恰当的化学试剂会形成的热固性产物。但是如果把环氧树脂单独使用时却没有一点价值，因为纯环氧树脂产品在力学性能包括拉伸、冲击等方面存在很大的缺陷。所以为了提升其在各方面性能，人们试着在其中加入固化剂，这样会在混合均匀后经过化学反应形成三维交联网状结构。发现这种尝试相当成功，产品显示了优异的性能，例如机械性能表现良好，低收缩率，优异的电绝缘性能，良好的耐热性能等。

1.3.2环氧树脂的分类

环氧树脂有很多种类，算是很大的一族高分子材料。要把这么多种类的环氧树脂进行分类是非常困难的。可以按形态进行划分，也可以按照环氧树脂内部的化学结构进行分类。如果按照内部结构进行分类的话，可以将其分成5大类：

（1）缩水甘油酯型树脂：

这种树脂是用环氧树脂和有机酸来制备，优点是反应活性高、粘结强度大，缺点也有，耐水方面的性能低。

（2）缩水甘油醚型树脂：

这种树脂是用环氧氯丙稀和多元酚抑或多元醇来制得，优点是粘性好，差不多能够与所有的材料进行粘接。耐化学腐蚀性强，化学稳定性高可以稳定保存1年以上不会出现失效。因为这么多优点，目前市场上将近八成的环氧树脂聚合物属于此类型。

（3）脂肪族环氧化合物：

此类树脂比较复杂，在制备过程中，人们用丁二烯、丁烯醛和环戊二烯混合反应首先得到脂环族二烯烃，然后再用氧化过的醋酸氧化脂环族二烯烃得到。这种树脂是其内部的交联程度大，含氧量小。耐热性能好，但韧性差。虽然优点明显，缺点也不能忽视。因此运用不是很多。

（4）缩水甘油胺型树脂：

这种树脂与缩水甘油醚类树脂的合成有点相似，只不过把多元醇、多元酚换成了多元胺。其在各方面的性能表现都比较好，但是本身比较脆。运用的不是很多，在生产中使用最多的是芳香胺。

（5）混合型环氧树脂：

混合型环氧树脂也称作脂肪族环氧化合物。这种树脂比起以上4类树脂有很大的特点，表现在分子结构中只有脂肪链，而其他的环一个都没有。这种材料粘接能力和电能力反面有着不错的性能，但本身活性很低，收缩率很大。

以上5大类环氧树脂中，最常见的一类环氧树脂是双酚A型环氧树脂，这类树脂是由环氧氯丙烷与双酚A在碱性催化剂催化下发生缩聚反应制得，结构式如下所示：

双酚A型环氧树脂制备成本低、原材料也很容易得到，所以工业中广泛生产。不仅如此，这种类型的环氧树脂加工性好，固化时一般没有小分子挥发物，电绝缘极佳和耐腐蚀性也不错，以及固化物力学强度和粘接强度高。但普通双酚A型环氧树脂产品性脆，而且其分子结构中有双键，耐电弧、耐漏电痕迹性差，在施工过程中也很大的困难，也不利于长期使用。但是如果是氢化双酚A型环氧树脂就很好的解决了上述的问题，因为在这其分子链中没有双键，在分类上是一中脂环族缩水甘油醚型环氧树脂，它由氢化双酚A与环氧氯丙烷缩聚而成，不仅继承了普通类型的树脂的有点，也极大的改善了其缺点。在物理性能上面与普通的树脂差不多。唯一的缺点就是在固化过程中需要的时间比较长，凝胶比较费劲，大概是普通型的时间的好几倍。然而这一缺点并不会影响人们对这种树脂的青睐。毕竟比起其良好的性能和巨大市场潜力，人们愿意花费时间和精力去研究和改良这种树脂。

1.3.3环氧树脂的应用

环氧树脂在物理性能方面包括机械性能和电绝缘性能、与几乎所有材料的粘接能力；在化学性能方面例如化学耐腐蚀性也有着不错的表现，再加上在生产工艺上有着广泛的运用。而生产中，人们将它能制成浇注料、胶粘剂、涂料、模压材料、复合材料和注射成型材料等。在日常电器，高科技产品，工业材料方面中到处可以见到由环氧树脂所制成产品的身影。

（1）胶粘剂：平时我们见到胶粘剂的不外乎两种：双组份型胶粘剂以及单组份型。这是按照用途来进行划分的。其他分类形式包括按环氧树脂百分比含量等等。环氧树脂与固化剂，组料以及其他成分的百分比含量之是影响胶粘剂性能重要因素。这种类型的胶粘剂拥有其他型号的胶粘剂所不具备的优势，那就是它可以粘结几乎全部的材料，不管是有机还是无机材料。被人们冠以“万能胶”的称号，此外，这种胶粘剂还具备无挥发性溶剂，固化收缩率小，使用方面等优点。在建筑工程、电子科技、船舶工业、汽车制造业、航空航天科技等高精尖领域都会大量用到环氧树脂胶粘剂。

（2）浇注料：这一类型的环氧树脂浇注料在化学成分方面十分的复杂，是一种多组分的复合系统。在制造过程中，使用了环氧树脂、固化剂、稀释剂，增韧剂，填料，促进剂等等。材料的加工工艺主要有缠绕法、树脂传递模型、反应注射模塑等。材料的配方、生产工艺、产品的参数等的要求，会直接影响到体系的黏度、反应活性、适用期、放热量。环氧树脂浇注料具有防火，防潮，耐热，耐寒，耐腐蚀，能使电器零件完整的密封等优点。在土木工程上，消防行业，精密仪器等领域都有着很广泛的应用。

（3）涂料：环氧树脂涂料与我们的生活息息相关，应用也最广泛。也是消耗环氧树脂最多的一种产品。几乎占环氧树脂总用量的四成，在房屋装修、产品绝缘、铁路运输、土木工程等方面有着广泛的市场。溶剂型涂料是应用最频繁的环氧树脂涂料，但是这种材料有挥发性。为了改进这些缺点，人们将研发的方向改到了泡沫材料，不含溶剂的涂料等其他涂料。其中进展最大的泡沫型。不同形式的环氧树脂涂料组成及应用如表1.1：

表1.1环氧树脂涂料的组成及用途

收费专业论文
汉语言文学论文
物理学论文
自动化专业论文
测控技术专业论文
历史学专业论文
机械模具专业论文
金融专业论文
电子通信专业论文
材料科学专业论文
英语专业论文
会计专业论文
行政管理专业论文
财务管理专业论文
电子商务国贸专业
法律专业论文
教育技术学专业论文
物流专业论文
人力资源专业论文
生物工程专业论文
市场营销专业论文
土木工程专业论文
化学工程专业论文
文化产业管理论文
工商管理专业论文
护理专业论文
数学教育专业论文
数学与应用数学专业
心理学专业论文
信息管理专业论文
工程管理专业论文
工业工程专业论文
制药工程专业论文
电子机电信息论文
现代教育技术专业
新闻专业论文
热能与动力设计论文
教育管理专业论文
日语专业论文
德语专业论文
轻化工程专业论文
社会工作专业论文
乡镇企业管理
给水排水专业
服装设计专业论文
电视制片管理专业
旅游管理专业论文
物业管理专业论文
信息管理专业论文
包装工程专业论文
印刷工程专业论文
动画专业论文
营销专业论文范文
工商管理论文范文
汉语言文学论文范文
法律专业论文范文
教育管理论文范文
小学教育论文范文
学前教育论文范文
财务会计论文范文

电子商务论文范文