热机械分析在实际应用中的作用

热机械分析在高分子材料中的应用发展极为迅速，应用也非常广泛，目前已成为高分子材料测试与研究的一种重要手段。它可以用来测定高聚物的Tg温度、研究高聚物的松弛运动、固化过程、分析增塑剂含量、表征高聚物合金组分的相容性等。

树脂基复合材料构件的低温固化、低压成型技术是先进树脂基复合材料低成本技术的一个重要发展方向。目前低温固化树脂与复合材料体系的研究主要集中于环氧树脂体系和氰酸酯树脂体系。

环氧树脂具有优良的力学、电绝缘及耐化学腐蚀性能，在低温工程中主要被用作纤维增强复合材料的基体，如重复使用运载器上液氢、液氧储箱的制备等。但由于环氧树脂的线膨胀系数很大，在低温使用时往往会产生较大的热应力，甚至会导致树脂基体的破坏。环氧树脂的这种低温脆性阻碍了其在低温工程中的广泛应用。因此提高韧性对环氧树脂在低温下的使用至关重要。热塑性树脂共混增韧环氧树脂是提高韧性的一个重要途径，但是由于热塑性树脂和环氧树脂不同的热收缩系数，在低温下热塑性树脂和环氧相界面上会产生很大的热应力，加之共混增韧工艺性差，这在一定程度上限制了其应用。尚呈元等用自制的端异氰酸基聚醚（ITPs）与环氧树脂（EP）反应，合成了含有柔性侧链的环氧树脂，研究了不同含量柔性侧链环氧树脂在室温和―60℃下的冲击强度和断裂韧性，用美国产Pyris Diamond DMA测试了改性环氧酸酐固化物的动态热机械性能，采用三点弯曲法，测试频率为2Hz，升温速率为2℃/min，测试温度范围为―120℃～180℃；图7―19为低温下不同组成比的EP/ITPs的损耗角正切值随温度变化曲线。由图7―19可见，酸酐固化环氧树脂在―80℃左右时，有一个损耗峰，这是玻璃态中的β松弛，引入侧链后，随着含量的升高β峰向低温有所移动，损耗角正切值tanδ峰值比纯环氧树脂变大，而且随着ITP s含量的增加，峰值进一步升高，这说明聚醚侧链的引入使得体系柔顺性增加，塑性运动加剧，有利于提高冲击韧性，这与冲击试验结果完全吻合。还可以看出ITPs/EP体系在ITPs含量为5%、10%时都是单相体系，低温区没有发现聚醚的其他松弛峰，表明没有发生相分离，低聚醚侧链和环氧树脂相容性良好，因为聚醚侧链和环氧树脂中的羟基反应，成为链段的一部分。(www.xing528.com)

图7―19　改性环氧树脂低温DMA曲线

纤维状树脂的动态力学性能测试结果可以看出，随HEMA含量增加，树脂的tanδ损耗峰向高温区移动，即玻璃化转变温度随HEMA含量增加而升高，表明随HEMA含量增加，强极性羟基的引入，树脂大分子间、分子内的氢键缔合作用增强，使得树脂大分子间、分子内的物理交联作用增强，阻碍了链段在较低能量条件下的运动，同时侧链基团受阻，综合作用的结果使纤维状树脂的玻璃化转变温度升高。