论文总字数：25248字

摘 要

近来通过不饱和聚酯树脂制备而得到的一种新型材料低密度不饱和聚酯树脂（Low-density unsaturated polyester resin，LDUPR）成为了研究热点。得益于不饱和聚酯树脂在复合材料中的应用，以无机填料作为增强体，低密度不饱和聚酯作为基体制备复合材料具备可行性。鉴于低密度不饱和聚酯树脂的良好性能，相信其在复合材料中的应用必定会促进复合材料的发展。同时，复合材料自身良好的可设计性又为低密度不饱和聚酯树脂材料的改性提供了途径。

本课题以预测为主，拟选用碳酸钙(CaCO₃)和氢氧化铝( Al(OH)₃ ) 两种无机填料来制备填料/LDUPR复合材料样品，通过预实验为两种填料设计正交实验，并制备复合材料样品，最终测试样品并分析正交实验结果得到两种填料的最佳制备参数。

预测以CaCO₃为填料制备LDUPR复合材料的最佳工艺参数为：成型温度为74.0-78.0 ℃、发泡剂的掺量为1.50-2.50 phr、碳酸钙的掺量为20.00-25.00 phr，且粒径大的CaCO₃-2的最佳掺量较CaCO₃-1略低。预测粒径小的CaCO₃-1对于LDUPR复合材料的增强效果相较于CaCO₃-2而言更加明显。预测以Al(OH)₃作为填料制备LDUPR复合材料时，其最佳制备参数为：成型温度76-80 ℃、发泡剂量2.00-3.00 phr、氢氧化铝掺量30.00-35.00 phr，且粒径大的Al(OH)₃-2较Al(OH)₃-1来说最佳掺量略低。同时，粒径小的Al(OH)₃-1和树脂的结合更好，预测粒径小的Al(OH)₃-1的增强效果更显著。

关键词：复合材料 不饱和聚酯 低密度 碳酸钙 氢氧化铝

Abstract

In recent years, a new material has been prepared by unsaturated polyester resin：Low-density unsaturated polyester resin，which has become a research hotspot. It is feasible to use inorganic filler as reinforcement and low density unsaturated polyester as matrix to prepare composite materials because the application of unsaturated polyester resin in composite materials. it is believed that LDUPR's application in composite materials will promote the development of composite materials in view of the good properties of low density unsaturated polyester resin. At the same time, the good designability of the composite provides a way for the modification of low density unsaturated polyester resin.

This subject is mainly about prediction. two inorganic fillers, calcium carbonate (CaCO₃) and aluminum hydroxide (Al(OH)₃), were selected to prepare LDUPR composite material samples, to design orthogonal experiment for the two kinds of fillers, and prepare composite material samples, Finally, by testing the samples and analyzing the orthogonal experimental results to obtain the optimum preparation parameters of the two fillers

The optimal technological parameters of preparing LDUPR composites with CaCO₃ as filler are predicted : forming temperature will be 74-78 ℃、The amount of foaming agent will be 1.50-2.50 phr and the content of calcium carbonate will be 20.00-25.00 phr. and the optimal mixing amount of CaCO₃-2 with large particle size is slightly lower than that of CaCO₃-1. It is predicted that CaCO₃-1 with small particle size has more obvious enhancement effect on LDUPR composite than CaCO₃-2.The optimal technological parameters of preparing LDUPR composites with Al(OH)₃ as filler are predicted to be: forming temperature will be 76-80 ℃、The amount of foaming agent will be 2.00-3.00 phr and the content of calcium carbonate will be 30.00-35.00 phr, the optimal mixing amount of Al(OH)₃-2 with large particle size is slightly lower than that of Al(OH)₃-1. And it is predicted that Al(OH)₃-1 with small particle size has more obvious enhancement effect on LDUPR composite than Al(OH)₃-2.

KEYWORDS: Combined material; Unsaturated polyester; Low density; Calcium carbonate; Aluminum hydroxide

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 IV

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 不饱和聚酯树脂 1

1.2.1 不饱和聚酯树脂的发展现状 2

1.2.2 填料填充法制备不饱和聚酯树脂 2

1.3 低密度不饱和聚酯树脂材料 4

1.3.1 低密度不饱和聚酯树脂材料的应用和制备方法 4

1.3.2 无机发泡法制备LDUPR材料 4

1.3.3 有机发泡法制备LDUPR材料 5

1.4 选题目的、内容及意义 6

1.4.1 选题目的 6

1.4.2 课题内容 6

1.4.3 选题意义 7

第2章 实验部分 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验设备 8

2.3 预实验 9

2.3.1 填料掺量范围的确定 9

2.3.2 成型温度范围的确定 10

2.3.3 引发剂掺量的确定 10

2.4 正交实验设计及样品制备 11

2.4.1 正交实验设计 11

2.4.2 实验样品制备 11

第3章 实验结果预测分析 13

3.1 以CaCO₃为填料的实验结果预测 13

3.1.1 碳酸钙作为填料的正交实验表 13

3.1.2 CaCO₃-1填料实验结果预测 14

3.1.3 CaCO₃-2填料实验结果预测 14

3.1.4 本节小结 15

3.2 以Al(OH)₃为填料的实验结果预测 15

3.2.1 氢氧化铝作为填料的正交实验表 15

3.2.2 Al(OH)₃-1填料实验结果预测 16

3.2.3 Al(OH)₃-2填料实验结果预测 17

3.2.4 本节小结 17

3.3 Al(OH)₃和CaCO₃两种填料样品的比较预测 17

3.3.1 SEM分析预测 17

3.3.2 FTIR分析预测 17

3.3.3 DSC分析预测 17

第4章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 26

绪论

选题背景

复合材料（Composite material）通常是由两种及以上不同的材料组元，经过一定的复合加工工艺之后，制备而得到的一种新的材料^[1]。其中以树脂作为基体，将另外的组分与树脂复合所制备得到的树脂基复合材料因其优异的机械性能、耐化学性能、电性能、可设计性和对多种基材都有良好的粘附性成为复合材料中的研究热点^[2]。现今，树脂基复合材料在船舶、汽车、风电、轨道交通、医疗卫生、航空航天、运动器材和民用基础设施等领域均有广泛的应用^[3]。

树脂基体、增强体和填料是构成树脂基复合材料的三大组成部分。经过偶联剂表面处理后，填料的流动性和与树脂的相容性得到提升。同时，填料的加入具有填充、增强及增韧的作用，可以减少树脂的用量，有效调节制品的刚性、韧性以及强度，使制品性能得到改善^[4,5]。随着树脂基复合材料的发展，填料的研究和应用将有待创新和推进。

不饱和聚酯树脂

作为一种热固性树脂，同时也是树脂基复合材料中运用最广泛的基体原料之一，不饱和聚酯树脂（Unsaturated polyester resin, UPR）是由饱和二元醇、不饱和二元酸（或酸酐）与饱和二元酸（或酸酐），经过缩聚反应形成的主链上含有不饱和双键、酯键和羟基等活性端基的线型高聚物，再溶解于苯乙烯交联单体中而得到的^[6]。

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