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环氧树脂的增韧改性机理与制备方法

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2018-05-16 08:44:21

  环氧树脂(EP)通常是指其化学成分内部包括两个或两个以上的环氧基,以有机化合物(芳香族、脂肪族或脂环族等)为骨架,然后通过环氧基团反应形成热固性产物的高分子低聚体。在与固化剂发生交联反应后形成不溶不熔的三维网状结构高分子,从而表现出与基材间强的粘接力、优异的电绝缘性和耐介质性能。由于有较高的交联密度的纯环氧树脂固化物,交联网络骨架刚性大、导致分子链间相对滑移困难,易造成干燥过程涂层内部应力的积聚导致涂层易开裂、耐冲击强度差等缺点,达不到人们对其使用特性提出的更高要求。因此人们对环氧树脂增韧改性方法开展了大量研究,不断探索环氧树脂增韧改性的新机理和新方法,致力与在保持环氧树脂胶粘剂高的粘接强度的基础上提高其柔韧性。下面我们着重对这些进行评述,以理清该领域的研究进展和发展方向。

  1.环氧树脂增韧改性机理

  在科学研究的过程中,为了得到具有不同韧性的环氧树脂,就需要采用不同的增韧剂,达到交联密度不同的网络结构。而在对环氧树脂增韧改性的过程中,科学还发现了几种增韧机理,主要包括裂纹钉铆和分散相的撕裂和塑性拉伸。这些增韧机理的综合作用占到整个作用中的大多数。

  1.1分散相的撕裂和塑性拉伸机理

  Kunz等提出了分散相的撕裂和塑性拉伸机理。该理论认为裂纹在橡胶增韧环氧树脂体系中通过环氧树脂基体进行增长,橡胶粒子撕裂或拉长所吸收的能量即是树脂断裂韧性的增加值。这种机理方式也能够在一定程度上增加环氧树脂的增韧性,但不是有很大的提高。

  1.2裂纹钉铆机理

  Lange等提出了裂纹钉铆机理。该理论认为一个具有单位长度裂纹尖端的裂纹受到应力作用在固体中增长时,当它遇到一系列与基体结合良好的固体颗粒,裂纹尖端就会在粒子间发生弯曲,但仍然会钉铆在它们所遇到的固体粒子的位置上并形成一个二级裂纹。这种裂纹会导致环氧树脂的增韧性能降低,也给这种机理的发展带来一定的影响。

  2.热塑性树脂增韧环氧树脂

  热塑性树脂增韧效果取决于互穿网络相结构的形成,热塑性树脂增韧环氧树脂在开发高韧性环氧树脂基复合材料方面已取得了显著进展。飞机的主受力件如果采用这些树脂基体复合材料,将会对发展高性能飞机结构方面做出重要贡献。但是这种树脂基体复合材料起到的作用不是很明显,加上起增韧作用的热塑性树脂在增韧改性过程中用量大、溶解性差,导致热塑性树脂增韧环氧树脂在加工工艺上存在一定的困难。

  2.1橡胶增韧环氧树脂

近年来,利用异氰酸酯基将聚脲软段引入到环氧树脂交联网络中获得高强高韧环氧树脂胶粘剂的研究取得了很大进展。官建国课题组结合环氧树脂-空间位阻型聚醚胺胶粘剂体系富含游离极性羟基的特点,将其引入到聚脲胶粘剂体系,合成了环氧-聚脲胶粘剂。当环氧含量在50%时,胶粘剂具有优异的物理机械性能。附着力高达38.79MPa,柔韧性小于2mm。

  2.2柔性链段增韧环氧树脂

  通过分子结构设计手段,将柔性链和刚性链直接对环氧树脂改性或通过固化剂引入到固化物体系中的改性方法是环氧树脂增韧的一种有效途径。可采用两种形式:1)在环氧树脂分子结构上引入柔性链段增韧环氧树脂;2)在固化剂中引入柔性链段,制备柔性环氧树脂固化剂。

  3.增韧环氧树脂交联网络结构

不同的增韧方法形成了增韧环氧树脂体系不同的交联网络结构。主要包括微观相分离结构、互穿网络结构、均相交联网络结构。

  3.1“海岛”结构

  橡胶增韧环氧树脂体系,在树脂固化体系中出现“海岛”状微相分离结构。如张健等用10%的液体橡胶端羧基丁二烯丙烯腈共聚物(CTBN)增韧环氧树脂/咪唑,通过扫描电镜和透射电镜对增韧样品微观结构的观察,发现分散相橡胶颗粒在环氧树脂连续相中形成“海岛”结构。冲击强度提高近1倍,拉伸强度提高2~3倍。这样就使得树脂固化体系中的橡胶增韧度提高较为明显。

  3.2互穿网络(IPN)结构

  80年代末,一种制备具有特殊性能高分子合金的有效方法被科研工作者开始研究,这种方法就是IPN技术。不同的共聚物或均聚物相互贯穿、缠结而形成的物理混合物是IPN的构成和组成,其特点就是能产生出比一般共混物更优异的性能。而产生这种性能的原因就在于它是一种组分和另一种组分进行无规则地贯穿,使IPN体系中两组分间产生协同效应。

  3.3均相交联网络结构

  4.结语

  随着高分子材料科学与测试技术的不断进步,人们对环氧树脂的增韧要求也越来越高,科研工作者们将从微观层次上不断深入事实、根据数据进行合理的分析环氧树脂的增韧机理;从而进一步为环氧树脂的增韧提供新的研究思路和方法,促使环氧树脂的增韧日益向兼顾物理机械性、耐热性、工艺性等综合性能的改性方向发展。

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