HTPB与TDI固化的分子模拟研究

为了提供固化反应的微观信息,运用Materials Studio 4.2分子模拟软件,构建HTPB和TDI分子模型,对HTPB和TDI固化进行分子动力学(MD)和合成(Synthia)模拟。分析了固化体系的构型、键长、X-射线散射图谱和弹性模量,结果表明,氰酸酯基(—NCO)中的N C双键变单键和羟基O—H断开,形成新化学键(—HNCOO—)生成氨基甲酸酯;HT-PB与TDI是一个自发进行的固化反应;HTPB-TDI固化体系的力学性能得到了改善,为HTPB-TDI固化研究提供了一种切实可行的新方法。     

高氯酸铵分解与NEPE推进剂氧化交联机理研究

基于密度泛函理论中的GGA/PBE和B3LYP方法,对高氯酸铵(AP)分解的质子转移过程及其分解产物引起的硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂固化体系PEG-TDI的氧化交联过程进行了分子模拟分析,以理清AP分解初始反应和NEPE推进剂中氧化交联反应机理。结果表明,分子结构和键离解能(BDE)计算结果显示,H4原子的转移是AP初始和再次质子转移过程的主要发生点; AP分解产物引起的PT氧化交联过程可划分为三个阶段:NO2分子引起的H原子夺取反应、O原子引起的氧化反应、交联反应; H原子夺取反应为NO2分子夺取PT分子的α—H、β—H,生成P1(—C·)和P2(—N·)两种带正电荷基团;氧化反应为O原子分别与P1和P2基团发生反应,生成P3(—C—O·)和P4(—N—O·)两种带负电荷基团;交联反应是在H原子夺取反应和氧化反应基础上发生的,最终生成—C—O—C—、—C—O—N—以及—N—O—N—三种结构链。     

不同固化剂复配的低温固化环氧树脂体系性能

某特种发动机复合材料壳体的基体树脂体系需要于55℃固化,而通常的低温固化环氧树脂体系虽可满足其固化温度的要求,但其耐热性和力学性能较差,难以满足用作复合材料树脂基体的性能需求。基于此,分别将具有不同分子结构的聚醚胺(MA223)、聚酰胺651(PA651)、异弗尔酮二胺(IPDA)三种固化剂与中温固化剂二氨基二苯基甲烷(DDM)的复配,研究其对于TDE-85环氧树脂体系的固化反应过程、耐热性及力学性能的影响。结果表明,三种低温固化剂和中温固化剂的适量配比即可使体系实现低温(55℃)固化。由于DDM分子中刚性苯环的引入,三种树脂体系的玻璃化转变温度高于通常低温固化体系,均在90℃以上;TDE-85/MA223/DDM体系的拉伸、弯曲、压缩性能均较佳且较均衡,TDE-85/PA651/DDM体系的力学性能适中,而TDE-85/IPDA/DDM分子中,由于DDM和IPDA分子刚性均较大体系缺少柔性链,除压缩性能较高外,拉伸性能和弯曲性能较差。综合考虑各方面性能,由于固化剂MA223的柔性分子链和芳香胺DDM的刚性苯环分子的互补匹配,使得体系具有良好的固化低温性、耐热性、力学性能,因而固化剂M...     

高耐热氧化稳定性硅炔聚合物的制备与表征

以二甲基二氯硅烷(Me_2SiCl_2)、三氯乙烯(HClC=CCl_2)和正丁基锂(n-BuLi)为原料,通过偶联反应及LiAlH_4还原制备主链含有Si—C≡C的硅炔聚合物(PSA)。采用FT-IR和NMR对其结构进行表征,利用DSC与TGA分别探讨其固化行为及耐热性能;TGA测试表明,PSA树脂具有良好的耐热及热稳定性能,在氮气和空气气氛下T_(d5)(质量损失5%的温度)分别达到617℃和599℃,1 000℃时的质量保留率分别为86.6%和75.6%。通过XRD与Raman研究PSA的陶瓷化性能,陶瓷化性能结果表明,PSA结构中含有C≡C键,在固化过程中交联形成致密的三维网状结构,赋予PSA优异的耐热性能,且在1 600℃氩气气氛下得到高度结晶的SiC陶瓷。     

利用LF-NMR研究燃速催化剂对推进剂固化反应的影响

对分别加入0%、2%和4%燃速催化剂Ct的某推进剂A、B、C 3个体系,应用低场核磁共振技术(LF-NMR)分别在线监测50、60、70℃固化反应,通过聚合物氢质子横向弛豫时间T2进行固化反应动力学研究。结果显示,T2与体系固化反应程度有相关性,可在线监测样品固化反应的初期、中期和末期;3个体系在反应初期、中期均表现为一级动力学反应;各体系的反应初期的表观反应活化能Ea均大于反应中期,说明2个阶段的反应机理不同;提高固化温度能增加反应速率常数k、缩短固化时间,但不影响固化反应规则,没有改变交联网络的组成;同一固化温度下,随着Ct含量增大,k值增加、固化时间缩短,说明Ct对固化反应有催化作用,含量越高,催化作用越大,但过多的Ct会影响交联剂体系的链反应规则,一定程度上改变了推进剂的空间网络结构。     

HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂的界面反应机理

采用富立叶变换红外光谱(FTIR)和全反射红外光谱(FTIR/ATR),研究了半固化的HTPB/TDI衬层表面的活性基团以及不同的—NCO基团与不同羟基的反应速率。结果表明,半固化的HTPB/TDI衬层表面含有大量的—NCO基团;HTPB/TDI衬层和NEPE推进剂粘合剂相的—NCO基与—OH的交叉反应速度较NEPE推进剂的固化反应速度快得多。HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂界面的化学反应机理是粘合剂相中—OH基和—NCO基的交叉反应,其中衬层中TDI分子的—NCO基与PEG分子的—OH基的反应速度稍快于NEPE推进剂中N100分子的—NCO基与HTPB分子的—OH基的反应;在界面区域,HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂通过氨基甲酸酯键形成化学粘接。     

新型含硅芳基乙炔的固化及成炭机理研究

通过FTIR、DSC、TG和XRD等分析了新型含硅芳基乙炔树脂的组成、固化反应、炭化过程、炭化机理及热分解动力学.结果表明,树脂主链上含有Si元素,在222 ℃发生Diels-Alder固化反应;固化树脂的起始热分解温度为380 ℃,900 ℃的残留率为89.5%.热解动力学分析表明,树脂的炭化分为几个阶段,在250～445 ℃阶段,为引发阶段,结构变化小;450～725 ℃为热分解阶段,聚合物的主链破坏并转变为玻璃态炭结构;在830～855 ℃是芳环发生脱氢交联反应引起的放热阶段;860～895 ℃为碳化物逐渐向乱层石墨结构转变,此阶段以后热稳定性高.XRD和拉曼光谱表明, 1 500 ℃处理后出现SiC峰,2 200 ℃处理后出现石墨峰,表明材料在高温处理时可发生部分石墨化.     

环氧化端羟基聚丁二烯／H12 MDI型聚氨酯固化工艺的研究

采用环氧化端羟基聚丁二烯(EHTPB)与H12MDI固化交联形成聚氨酯弹性体,利用DSC外推法研究了EHTPB/H12MDI型聚氨酯固化的最佳反应温度,再通过测量固化产物的力学性能研究了其他最佳固化工艺参数,包括反应时间、固化剂H12MDI用量、EHTPB环氧值以及扩链剂BDO用量,并在相同条件下对端羟基聚丁二烯(HTPB)/H12MDI和EHTPB/H12MDI固化产物的力学性能进行了比较。结果表明,EHTPB/H12MDI固化产物具备更好的力学性能,并得到了EHTPB/H12MDI型聚氨酯弹性体的最佳固化工艺条件。     

正己基三苯乙炔基硅烷 的合成及其非等温固化动力学

以正己基三氯硅烷和苯乙炔为原料,通过Grignard反应成功制备正己基三苯乙炔基硅烷(NTPES)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(1HNMR、13CNMR和29Si NMR)对NTPES单体结构进行表征。通过差示扫描量热仪(DSC)确定NTPES单体的固化工艺,采用4种动力学分析方法(Kissinger、Ozawa、Flynn-Wall-Ozawa和Friedman法)研究单体的固化动力学参数,并预测固化反应机理。实验结果表明,NTPES单体固化符合自催化反应机理,固化反应活化能为158.30 k J/mol;反应级数m=0.61; n=0.54;指前因子ln A=29.53 s-1,单体的热聚合主要发生炔键环化反应。     

SiC-ZrC陶瓷单组分前驱体树脂的制备与性能

通过Wurz-Fittig共缩聚反应合成了锆含量可调的聚锆硅烷树脂,作为Si C-Zr C陶瓷单组分前驱体。聚锆硅烷树脂具有聚合物基复合材料的加工工艺性能,具有热固化性(热固化温度110~200℃),在氩气气氛中于1 000~1 400℃高温裂解生成Si C-Zr C复相陶瓷(陶瓷产率60%)。聚锆硅烷树脂适合陶瓷基复合材料的聚合物浸渍裂解致密工艺(PIP)。基于前驱体聚合物的锆基复相陶瓷在空气中具有突出的耐高温氧化性,可望应用于超高音速大气层飞行器的耐高温、耐氧化陶瓷材料。     

热处理对PBO纤维分子链结构和性能的影响

利用红外光谱分析(FTIR)、示差扫描量热法(DSC)和磷含量分析方法研究了热处理对PBO纤维结构和性能的影响。结果表明,热处理使PBO纤维分子链中聚合后期少量的未关环反应趋向完全,使得PBO分子的共轭链长增加,弱键消失,提高了PBO纤维的力学性能;提高了分子链与链之间排列的有序性,使链与链之间堆砌更加紧密,使得热处理后的纤维较难溶于MSA中;热处理使PBO纤维表面化学组成发生变化,并使其表面粗糙化,能改善其表面润湿性能;热处理对纤维强度影响甚微,提高热处理温度、延长热处理时间和增大热处理张力,能提高PBO纤维的模量。     

防护涂层聚氨酯基体树脂研究(Ⅱ)——多元醇结构及材料微相分离

利用1H NMR和13C NMR研究了HTBN多元醇的端羟基类型、构造异构体与构型异构体的组成,以及HTBN嵌段结构组成比例和共聚物序列结构;同时,利用DSC和DMA分析了固化预聚体涂层的微相分离结构,考察了微相分离结构与材料宏观力学性能的关系。研究表明,含有丙烯腈(AN)链段是HTBN和ITBN预聚体粘度较高。以及固化预聚体高强度、高粘接性的主要原因;HTBN中含有半数以上与trans-1,4-BD结构相联的高反应活性羟基,使得室温下预聚反应就可发生;HTBN中AN具有强极性且易形成氢键,增加了软硬段间的相容性,使相分离程度明显减小,且HTBN链段松弛转变活化能低、松弛转变时间短,使其制备的防护涂层具有优良的低温力学性能。     

BPFER/DSX体系固化反应动力学与热性能

采用DSC研究了有机硅固化剂1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(DSX)与双酚F环氧树脂(BPFER)的固化动力学。BPFER/DSX体系的非等温固化反应曲线和dα/dt-t曲线表明,该反应符合自催化反应模型的基本特征。T-β曲线预测的固化工艺的凝胶温度、固化温度和后固化温度分别为36、87、138℃。采用E变量法分析得该体系的固化反应表观活化能为46.70～50.54 kJ/mol,与Starink、Kissinger、Ozawa、Boswell等方程的验证结果基本一致。采用E常量法求得该体系不同升温速率下的固化反应动力学方程,动力学方程预测值与实验值十分吻合。TG和DTG曲线表明,BPFER/DSX固化物的耐热性优于BPFER/DDM固化物。     

端羧基聚丁二烯推进剂的老化特性(第一部分:老化与交联特性)

本文研究了固化剂和防老剂对 CTPB 推进剂加速老化的影响。如果使用的固化剂在羧基当量以上,那么推进剂中过量的固化剂就起着填料的键合剂的作用,但其反应速度远远慢于粘合剂的固化速度。苯二胺类化合物(CTPB 粘合剂的稳定剂)不仅降低交联速度,而且也降低交联密度。推进剂中的少量水分,按一级反应使填料与粘合剂间的交联断裂,进而使聚合物解聚。CTPB 推进剂的交联密度约为1×10~(-3)克分子/(厘米)~3,比粘合剂的交联密度高一个数量级。     

PET/N100粘合剂体系固化过程FTIR研究(Ⅱ)——TIR的动力学研究

结合3种经典的非等温动力学处理方法对加热原位池/FTIR联用技术获得的PET/N100固化反应的数据(TIR曲线)进行了动力学研究,获得了该固化反应的动力学参数,建立了研究固化反应的TIR法。结果表明,积分法、微分法和等转化率法3种动力学参数处理方法获得同一体系不同试验条件下的动力学参数基本一致,从线性相关系数r比较,积分法优于其它两种方法。PET/N100粘合剂体系的固化反应机理函数符合g(α)=-ln(1-α),为一级反应,TIR法能很好地用于固化反应动力学的研究。     

炭/炭复合材料用糠酮树脂先驱体的固化特性及动力学分析

采用品氏粘度计表征了室温下磷酸/糠酮树脂固化体系的粘度变化,采用热重(TGA)-差热(SDTA)同步分析仪测试了其固化过程,以研究固化剂含量和升温速率对其固化反应的影响。同时,采用一定工艺制备固化后的试样并进行验证。结果发现,即使在室温条件下,固化反应也在缓慢进行;固化剂含量为6.67%的固化体系固化后质量损失较小,表观比较致密;加热速率为2 K/min时,有利于固化反应的进行。在此基础上,采用Malek最大概然机理函数法求取固化反应动力学参数,建立了描述该体系固化反应的动力学模型。     

手性液晶聚合物的合成及其性能研究

手性侧链分子型液晶材料由于具有许多独特的物理性质,例如具有选择性光反射、光电反射效应等,因而在航空航天、军事电子科技等领域中有着重要的应用意义。本论文首先合成三种新型液晶单体:M1、M2和M3,然后将其接枝共聚到聚甲基氢硅氧烷的主链上,以合成一种新型手性侧链液晶聚合物。这种高分子手性液晶聚合物,在电子信息、数据存储、非线性应用光学器件及光电子器件等许多领域中,具有重要的潜在应用前景。     

DSC对苯基苯酚改性酚醛树脂固化机理研究

采用DSC技术、Kissinger法对苯基苯酚改性酚醛树脂的固化过程进行了研究,得到放热峰顶活化能为169.3 kJ/mol,远大于普通酚醛树脂(约70 kJ/mol)。理论近似凝胶温度、固化温度及后处理温度分别为414.5 K、448.9 K和483.9K。酚醛树脂的固化通常由化学反应控制和扩散控制两阶段组成。通过Ozawa法得到活化能与转化率(E-a)的变化关系表明,2种树脂固化历程存在明显差异。普通酚醛树脂固化反应进行到10%(a=10%),粘度迅速增大,反应转向扩散控制;而苯基苯酚改性酚醛树脂固化反应时粘度变化小,直至a=70%,才较快增长。这将有利于小分子的逃逸和各基团充分反应。同时高活化能也表明,反应形成了高键能的化学键,有利于提高树脂的残炭率和烧蚀性能。     

丁羟推进剂粘合剂网络结构调控方法探讨

把扩链剂的使用作为调整丁羟推进剂粘合剂网络及其形态结构的一个重要手段。采用扩链剂、交联剂和真实固化参数(Rt)等综合的方法调控丁羟推进剂性能,可望比单纯控制名义固化参数(Ro)获得更好的力学性能及其稳定性。推导了丁羟推进剂粘合剂系统网络调整的通用计算公式和各种特定条件下的计算公式。     

对甲苯基三苯乙炔基硅烷的合成及其固化动力学研究

为进一步提高对甲苯基三苯乙炔基硅烷(p-TTPES)耐热稳定性,通过对甲苯基三氯硅烷与苯乙炔进行Grignard反应合成p-TTPES,利用核磁共振波谱(NMR)和红外光谱(FT-IR)对其分子结构进行表征,采用差示扫描量热法(DSC)对单体的固化行为进行分析,并利用多重线性回归的计算方式,获得p-TTPES固化动力学模型。实验结果表明,等温DSC分析求得p-TTPES的反应活化能E_a为153.89 kJ/mol,指前因子A为5.25×10¹² s^-1,固化反应级数m+n约为2.0,反应与自催化模型相符;由非等温DSC曲线,借助Kissinger、Ozawa和Flynn-Wall-Ozawa动力学分析方法,求得p-TTPES的反应活化能分别为165.70、167.54、165.94 kJ/mol,指前因子A为2.76×10¹³ s^-1;树脂氮气中5%热失重温度(T_d5)超过460℃,800℃下树脂的残炭率为74%;结合DSC分析和TG分析表明,芳炔单体取代...