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環氧樹脂的增韌改性機理與制備方法

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2018-05-16 08:44:21

  環氧樹脂(EP)通常是指其化學成分內部包含兩個或兩個以上的環氧基,以有機化合物(芳香族、脂肪族或脂環族等)為骨架,然后通過環氧基團反響形成熱固性產物的高分子低聚體。在與固化劑產生交聯反響后形成不溶不熔的三維網狀結構高分子,從而表現出與基材間強的粘接力、優良的電絕緣性和耐介質性能。由于有較高的交聯密度的純環氧樹脂固化物,交聯網絡骨架剛性大、導致分子鏈間相對滑移艱苦,易造成干燥過程涂層內部應力的積累導致涂層易開裂、耐沖擊強度差等弊病,達不到人們對其應用特点提出的更高請求。因此人們對環氧樹脂增韌改性方法開展了大批研究,不斷摸索環氧樹脂增韌改性的新機理和新方法,致力與在保持環氧樹脂膠粘劑高的粘接強度的基礎上進步其柔韌性。下面我們著重對這些進行評述,以理清該領域的研究進展和發展方向。

  1.環氧樹脂增韌改性機理

  在科學研究的過程中,為了得到具有不同韌性的環氧樹脂,就需要采用不同的增韌劑,達到交聯密度不同的網絡結構。而在對環氧樹脂增韌改性的過程中,科學還創造了幾種增韌機理,重要包含裂紋釘鉚和疏散相的撕裂和塑性拉伸。這些增韌機理的綜合作用占到全部作用中的大多數。

  1.1疏散相的撕裂和塑性拉伸機理

  Kunz等提出了疏散相的撕裂和塑性拉伸機理。該理論認為裂紋在橡膠增韌環氧樹脂系統中通過環氧樹脂基體進行增長,橡膠粒子撕裂或拉長所吸收的能量即是樹脂斷裂韌性的增長值。這種機理方法也能夠在必定程度上增長環氧樹脂的增韌性,但不是有很大的進步。

  1.2裂紋釘鉚機理

  Lange等提出了裂紋釘鉚機理。該理論認為一個具有單位長度裂紋尖端的裂紋受到應力作用在固體中增長時,當它遇到一系列與基體聯合良好的固體顆粒,裂紋尖端就會在粒子間產生彎曲,但仍然會釘鉚在它們所遇到的固體粒子的地位上并形成一個二級裂紋。這種裂紋會導致環氧樹脂的增韌性能降低,也給這種機理的發展帶來必定的影響。

  2.熱塑性樹脂增韌環氧樹脂

  熱塑性樹脂增韌效果取決于互穿網絡相結構的形成,熱塑性樹脂增韌環氧樹脂在開發高韌性環氧樹脂基復合材料方面已取得了明顯進展。飛機的主受力件如果采用這些樹脂基體復合材料,將會對發展高性能飛機結構方面做出重要貢獻。但是這種樹脂基體復合材料起到的作用不是很明顯,加上起增韌作用的熱塑性樹脂在增韌改性過程中用量大、溶解性差,導致熱塑性樹脂增韌環氧樹脂在加工工藝上存在必定的艱苦。

  2.1橡膠增韌環氧樹脂

近年來,利用異氰酸酯基將聚脲軟段引入到環氧樹脂交聯網絡中獲得高強高韌環氧樹脂膠粘劑的研究取得了很大進展。官建國課題組聯合環氧樹脂-空間位阻型聚醚胺膠粘劑系統富含游離極性羥基的特點,將其引入到聚脲膠粘劑系統,合成了環氧-聚脲膠粘劑。當環氧含量在50%時,膠粘劑具有優良的物理機械性能。附著力高達38.79MPa,柔韌性小于2mm。

  2.2柔性鏈段增韌環氧樹脂

  通過火子結構設計手段,將柔性鏈和剛性鏈直接對環氧樹脂改性或通過固化劑引入到固化物系統中的改性方法是環氧樹脂增韌的一種有效道路。可采用兩種情勢:1)在環氧樹脂分子結構上引入柔性鏈段增韌環氧樹脂;2)在固化劑中引入柔性鏈段,制備柔性環氧樹脂固化劑。

  3.增韌環氧樹脂交聯網絡結構

不同的增韌方法形成了增韌環氧樹脂系統不同的交聯網絡結構。重要包含微觀相分別結構、互穿網絡結構、均相交聯網絡結構。

  3.1“海島”結構

  橡膠增韌環氧樹脂系統,在樹脂固化系統中涌現“海島”狀微相分別結構。如張健等用10%的液體橡膠端羧基丁二烯丙烯腈共聚物(CTBN)增韌環氧樹脂/咪唑,通過掃描電鏡和透射電鏡對增韌樣品微觀結構的視察,創造疏散相橡膠顆粒在環氧樹脂持續相中形成“海島”結構。沖擊強度進步近1倍,拉伸強度進步2~3倍。這樣就使得樹脂固化系統中的橡膠增韌度進步較為明顯。

  3.2互穿網絡(IPN)結構

  80年代末,一種制備具有特別性能高分子合金的有效方法被科研工作者開端研究,這種方法就是IPN技巧。不同的共聚物或均聚物相互貫穿、纏結而形成的物理混雜物是IPN的構成和組成,其特點就是能產生出比一般共混物更優良的性能。而產生這種性能的原因就在于它是一種組分和另一種組分進行無規矩地貫穿,使IPN系統中兩組分間產生協同效應。

  3.3均相交聯網絡結構

  4.結語

  隨著高分子材料科學與測試技巧的不斷進步,人們對環氧樹脂的增韌請求也越來越高,科研工作者們將從微觀層次上不斷深入事實、根據數據進行合理的分析環氧樹脂的增韌機理;從而進一步為環氧樹脂的增韌供給新的研究思路和方法,促使環氧樹脂的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展。

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