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反映大國工業(yè)技術(shù)發(fā)達程度代表之一——環(huán)氧樹脂增韌改性綜述

發(fā)布日期：2021-03-03 作者：大連義邦科技瀏覽數(shù)：11992

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環(huán)氧樹脂作為三大通用型熱固性樹脂之一，已成為各國經(jīng)濟發(fā)展中不可缺少的材料。其產(chǎn)量、研究和應用水平在一定程度上也反映了一個國家工業(yè)技術(shù)的發(fā)達程度。環(huán)氧樹脂由于具有優(yōu)異的粘接性能、力學性能、電性能、耐腐蝕 性和耐熱性等優(yōu)點，在電子、電氣、機械制造、化工防腐、航空航天、船舶運 輸、化學建材、水利電力及其它許多工業(yè)領(lǐng)域中起著重要的作用，已經(jīng)成為各 工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的基礎(chǔ)材料。

環(huán)氧樹脂（EP）是一種熱固性樹脂，以有機化合物為骨架，通過熱固性高分子與固化劑發(fā)生交聯(lián)反應后形成不溶的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子。具有優(yōu)異的粘結(jié)性、機械強度、電絕緣性等特性，由于有較高的交聯(lián)密度的純環(huán)氧樹脂固化物，交聯(lián)網(wǎng)絡骨架剛性大、導致分子鏈間相對滑移困難，易造成干燥過程涂層內(nèi)部應力的積聚導致涂層開裂、因而存在質(zhì)脆，耐疲勞、耐熱性、抗沖擊韌性差等缺點，使其應用受到一定限制，因此對環(huán)氧樹脂的改性工作一直是中外研究的熱門課題。

因此人們對環(huán)氧樹脂增韌改性方法開展了大量研究，不斷探索環(huán)氧樹脂增韌改性的新機理和新方法，致力保持環(huán)氧樹脂粘結(jié)應有的粘接強度前提，不斷增加樹脂的韌性。下面對近年來已知的幾種環(huán)氧樹脂增韌改性方法進行簡述。

反映大國工業(yè)技術(shù)發(fā)達程度代表之一——環(huán)氧樹脂增韌改性綜述

1、橡膠增韌環(huán)氧樹脂

早在20世紀60年代，McGariy E J.用端梭基液體丁臘橡膠（CTBN）對環(huán)氧樹脂進行了改性研究，取得較好的效果。其增韌機理主要有局部剪切屈服， 橡膠顆粒內(nèi)部空穴或顆粒的脫落所引發(fā)的環(huán)氧基體中孔洞或空穴的塑性體積膨脹，裂紋在橡膠顆粒處的橋聯(lián)等三種。目前用于環(huán)氧樹脂增韌的橡膠增韌有有機硅彈性體增韌、聚酰酯增韌等。

橡膠增韌環(huán)氧樹脂時，雖然樹脂的沖擊性能大幅提高，但因橡膠分子中含有雙毽，其耐熱性、斷裂強度卻明顯降低。

2、熱塑性樹脂增韌環(huán)氧樹脂

熱塑性樹脂改性環(huán)氧樹脂其研究始于20世紀80年代。使用較多的聚醚砜（PES）、聚砜（PSF）、聚酰亞胺醚（PEI）、聚碳酸酯（PC）、聚苯醚（PPE）等熱塑性工程塑料，這些熱塑性樹脂不僅有較好的韌性，而且模量和耐熱性較高，作為增韌劑加入到環(huán)氧樹脂中使韌性得到提高，而且不影響環(huán)氧固化物的模量和耐熱性。

用熱塑性樹脂琳韌改性EP彌補了彈性體改性EP的不足，但增韌效果不是很顯著

3、熱致性液晶聚合物增韌環(huán)氧樹脂 

熱致液晶聚合物(TLCP）具有高強度、高模量的特點，而且它在加工過程中受剪切力作用時可形成纖維狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高度自增強作用。因此，用少量的高性能 熱致液晶聚合物改性環(huán)氧樹脂可較大幅度地提高環(huán)氧樹脂的韌性、模量和耐熱性。韌性提高的主要原因，是大分子鏈中含有大量剛性結(jié)晶單元，柔性間隔段 的液晶聚合物在改善環(huán)氧基體延展性的同時，又以顆粒或微纖的形式分散在環(huán)氧基體中提高材料的斷裂性能。 

用熱致性樹脂改性環(huán)氧樹脂在增韌的同時，雖然保持了一定的力學性能，但其合成和原料來源困難、造價昂貴，且熱致性液晶的熱變形溫度很高，難與通用型基體聚合物匹配，造成加工成型困難；

 4、剛性粒子增韌環(huán)氧樹脂 

在環(huán)氧樹脂基體中加入剛性粒子后，由于剛性粒子發(fā)生塑性形變時，能有 效抑制基體樹脂裂紋的擴展，并吸收部分能量，從而起到增韌作用。剛性粒子 填充聚合物包括兩大類：無機剛性粒子（如CaCq，硅灰石）；有機剛性粒子（如聚酞胺，聚碳酸脂）。 

5、核殼聚合物粒子增韌環(huán)氧樹脂 

核殼聚合物（CSP)是一類由兩種或者兩種以上單體通過乳液聚合得到的聚合物復合粒子，粒子的核和殼由不同的聚合物成分構(gòu)成， 核殼結(jié)構(gòu)的橡膠粒子的增韌原理是：橡膠粒子作為應力集中體，既可誘發(fā)銀紋和剪切帶吸收能量，又可終止銀紋。橡膠彈性粒子還能與EP界面間脫粘，釋放彈性應變能，提高材料的增韌和粘接強度。 

6、靜電紡絲技術(shù)納米纖維增韌膜

前面介紹的環(huán)氧樹脂的增韌方法，都必須先用改性劑對環(huán)氧樹脂基體進行化學或物理改性，再用固化劑固化，工藝較復雜。這無疑給成型加工帶來了麻煩。納米纖維膜采用先進的靜電紡絲工藝，靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，其中有代表性的大連義邦Xantu. Layr是一種非紡織的織物，由千米長的納米纖維構(gòu)成，使用在預浸料層間，鋪貼簡便，改善樹脂內(nèi)部分層斷裂，沖擊之后的壓縮強度，提升復合材料分層和抗疲勞特性。另外這些納米纖維膜不會增加預浸料的厚度和重量，在層間區(qū)域充當脆性樹脂基體的納米級增強物質(zhì)，最終形成更堅韌的樹脂(可以與其他增韌體系共同使用)，在受到壓力或沖擊時不易發(fā)生微小裂紋。

結(jié)語：

目前核殼聚合物的應用為EP的增韌開辟了一種比較理想的新方法，其應用前景非常廣闊，另外納米纖維擁有巨大的表面積，使其增韌效果顯著，可與其他增韌材料共同使用，插層鋪貼具有很好的應用價值。隨著高分子材料科學與測試技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對環(huán)氧樹脂的增韌需求也不斷提高，相信科研工作者們不斷創(chuàng)新研究新思路和方法，促使環(huán)氧樹脂增韌日益向兼顧物理機械性、耐熱性、工藝性等綜合性能的改性方向發(fā)展。

本文意在傳播新材料資訊，文中圖片來自網(wǎng)絡。

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