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反映大國工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)程度代表之一——環(huán)氧樹脂增韌改性綜述
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(jì)發(fā)展中不可缺少的材料。其產(chǎn)量、研究和應(yīng)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(dá)程度。環(huán)氧樹脂由于具有優(yōu)異的粘接性能、力學(xué)性能、電性能、耐腐蝕 性和耐熱性等優(yōu)點(diǎn)，在電子、電氣、機(jī)械制造、化工防腐、航空航天、船舶運(yùn) 輸、化學(xué)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(jī)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(yīng)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(jī)械強(qiáng)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(luò)骨架剛性大、導(dǎo)致分子鏈間相對滑移困難，易造成干燥過程涂層內(nèi)部應(yīng)力的積聚導(dǎo)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(diǎn)，使其應(yīng)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(jī)理和新方法，致力保持環(huán)氧樹脂粘結(jié)應(yīng)有的粘接強(qiáng)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(jìn)行簡述。
1、橡膠增韌環(huán)氧樹脂
早在20世紀(jì)60年代，McGariy E J.用端梭基液體丁臘橡膠（CTBN）對環(huán)氧樹脂進(jìn)行了改性研究，取得較好的效果。其增韌機(jī)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(jī)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(qiáng)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(jì)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(bǔ)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(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)，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(qiáng)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(xué)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(kuò)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(jī)剛性粒子（如CaCq，硅灰石）；有機(jī)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(fù)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(yīng)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(yīng)變能，提高材料的增韌和粘接強(qiáng)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(jìn)行化學(xué)或物理改性，再用固化劑固化，工藝較復(fù)雜。這無疑給成型加工帶來了麻煩。納米纖維膜采用先進(jìn)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(yù)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(qiáng)度，提升復(fù)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(yù)浸料的厚度和重量，在層間區(qū)域充當(dāng)脆性樹脂基體的納米級增強(qiáng)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(yīng)用為EP的增韌開辟了一種比較理想的新方法，其應(yīng)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(yīng)用價值。隨著高分子材料科學(xué)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(jī)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(luò)。
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