CMC_E44_DDM体系固化过程及动力学

2014年11月 CIESC Journal

November 2014第

65卷 第11期 化 工 学 报 V ol.65 No.11

CMC/E44/DDM 体系固化过程及动力学

董红星1，赵庆晨1，张进1,2，陈野1，岳国君3，刘文信3，刘劲松3，刘立佳1，张春红1

（1哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室高分子材料研究中心，

黑龙江 哈尔滨 150001；2中国航天科工集团第六研究院359厂，内蒙古 呼和浩特 010000；

3

中粮生化能源（肇东）有限公司，黑龙江 肇东 151100）

摘要：采用红外光谱和非等温DSC 法研究了羧甲基纤维素(CMC)/E44环氧树脂/4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)体系的固化过程和动力学。红外光谱研究表明，CMC 可促使E44/DDM 体系在固化过程中生成更多的聚醚结构。DSC 非等温固化反应动力学研究表明，CMC 的加入在反应初始阶段降低了E44/DDM 体系的反应活化能，促进固化反应的进行。采用等转化率法和自催化模型对固化反应的过程进行研究，建立动力学方程。由Starink 等转化率法获得E44/DDM 和CMC/E44/DDM 体系的活化能随转化率的变化情况。E44/DDM 体系的活化能随转化率升高而显著降低；CMC/E44/DDM 体系的活化能随转化率升高变化不明显，在相同含量时，相对分子质量高的CMC 体系活化能高。采用SB 自催化模型研究E44/DDM 和CMC/E44/DDM 体系的固化过程并获得模型参数。对CMC/E44/DDM 体系，SB 模型对实验结果拟合较好；对E44/DDM 体系，SB 模型和实验结果吻合效果较差。由于E44/DDM 体系活化能随固化度有显著变化，因此采用改进的变活化能自催化模型描述其实验现象，结果显示该法获得的模型能够较好地描述实验现象。动力学模型的建立能够为工艺参数的选择和工艺窗口优化提供理论依据。 关键词：表面活性剂；环氧树脂；固化反应动力学；变活化能 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.11.025

中图分类号：O 641 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）11—4392—08

Curing process and kinetics of CMC/E44/DDM systems

DONG Hongxing 1, ZHAO Qingchen 1, ZHANG Jin 1,2 , CHEN Ye 1, YUE Guojun 3, LIU Wenxin 3,

LIU Jinsong 3, LIU Lijia 1, ZHANG Chunhong 1

(1Polymer Materials Research Center , Key Laboratory of Superlight Materials & Surface Technology , Ministry of Education , School

of Materials Science and Chemical Engineering , Harbin Engineering University , Harbin 150001, Heilongjiang , China ;

2

Factory No . 359, The Sixth Academy of China Aerospace Science and Industry Corp., Hohhot 010000, Inner Mongolia , China ;

3

COFCO (Zhaodong ) Biochemical Energy Corporation , Zhaodong 151100, Heilongjiang , China )

Abstract : The influence of sodium carboxy methyl cellulose (CMC) on the curing process of epoxy resin E44 with 4,4′-diamino diphenyl methane (DDM) was studied by using infrared spectra and thermal analytical methods. Infrared spectra indicated that the CMC contributed to forming more polyether structures during the curing process. The study of non-isothermal curing kinetics by differential scanning calorimeters (DSC) showed that CMC accelerated curing reaction of E44/DDM and reduced reaction activation energy in the initial reaction stage. The iso-conversional method and the autocatalytic model were used to analyze the curing process of E44/DDM

2014-04-15收到初稿，2014-08-13收到修改稿。

联系人及第一作者：董红星（1961—），女，硕士，教授。 基金项目：国家自然科学基金项目（21076049，20976032）；中央高校基本科研业务费（HEUCFT1009，HEUCF201403008）。

Received date : 2014-04-15.

Corresponding author : DONG Hongxing, hongxingdong@ Foundation item : supported by the National Natural Science Foundation of China (21076049, 20976032), the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (HEUCFT1009, HEUCF201403008).