浅析环氧材料的耐水性和耐湿热性

关胤

（黑龙江省化工研究院，黑龙江哈尔滨150000）

在当前的工业领域中，环氧材料有着非常广泛的应用，并且大多数情况下都能发挥很好的性能作用。但是在实践中发现，在水中或是一些潮湿闷热的环境中，环氧材料在使用过一段时间后就可能会出现性能减弱的情况，特别是在温度为50-60℃、湿度超过95%RH的环境中，其承载能力会不断的减弱，甚至还可能直接失效，从而使得环氧材料失去其原本的作用。这种现象就是环氧材料湿致破坏。其对环氧材料的应用产生了很大的影响作用，是阻碍其进一步广泛应用的最大因素，必须要尽快解决解决这一问题。本文就通过分析湿致破坏来探讨其提高性能的途径措施。

1 环氧材料的湿致破坏的成因分析

对于环氧材料而言，之所以会出现湿致破坏现象，其所形成的原因是非常复杂的。在潮湿或湿热的环境中，环氧材料的表面会逐渐产生各种化学反应或者发生一些物理变化，从而使其物理性质和化学性质发生变化。具体来讲，环氧材料湿致破坏的主要成因机理有以下几点：

1.1 湿润

润湿是湿致破坏的首要(必要)条件。环氧树脂是一种极性材料，水也是一种极性物质，二者有较好的亲和性。环氧材料的颜填料又多为亲水性物质，因此环氧材料能被水润湿，使表面能降低，从而易产生湿致破坏。

1.2 吸附、扩散、渗入、吸收

水分子的体积很小，极性很大，粘度又很低，因而易于被吸附到固体表面，并易于扩散到固体内部。环氧树脂、颜填料、增强材料及其它添加剂中含有大量极性基团，则更有利于水的吸附和吸收。水在固体表面的吸附，将固体表面润湿，降低了固体的表面能，从而有利于裂纹的产生和扩展。水分子渗入环氧固体物内部与大分子链上的极性基团相结合，撑大了大分子间的距离，出现了溶胀现象，降低了分子间力、强度及模量，也使大分子链易于运动，呈现增塑作用，在一定程度上有利于阻止裂纹的扩展。对于金属、玻璃、陶瓷等具有亲水性表面的被粘物，水分子更容易沿界面渗透。

1.3 水解

环氧固化物中含有醚键、酷键、酞胺键、亚胺键、硅氧键等易于水解基团，当水吸附到固体物表面及渗入固体物内部和界面与之相接触后，则会发生水解反应，使大分子断链、降解，甚至出现微裂纹。

1.4 溶解和渗出

环氧材料中如果含有水溶性组分，当水被吸附和渗入后，这些水溶性组分将会溶解于水中，并逐渐扩散、渗出。环氧材料中的非活性小分子化合物也会随时间的延长而逐渐渗出。渗出后遗留下来的孔隙、裂纹、毛细管不仅使材料性能劣化，而且还会使水易于渗入，起到进一步的破坏作用。

1.5 毛细现象

环氧材料中总会存在或大或小、或多或少的类似毛细管的裂纹缺陷。与水接触后，将会出现毛细现象。凝集在裂纹缝中的水所产生的毛细压力不仅会使水快速渗入并润湿裂纹面，降低了产生新裂纹所需的表面能，助长了裂纹的产生和扩展，同时所产生的毛细压力还会促使原有裂纹扩展。

1.6 应力腐蚀开裂

在应力作用下，在环氧材料内部及界面上会产生裂纹，水分子沿着这些裂纹进一步渗入。水对裂纹面的润湿、吸附、渗入、溶解、渗出、水解和毛细现象，使材料表面能降低、溶胀、增塑、变形、断链、开裂，使性能劣化，促进裂纹沿着垂直于应力进一步增长，以使应力释放到较低水平，水又会对新的裂纹面反复起着上述作用。应力的存在是环氧材料湿致破坏的一个重要影响因素。

1.7 湿热效应

1）温度升高，水分子及大分子的各种单元的运动都会加剧。大分子之间的距离增大(热膨胀)，有利于水分子渗入，从而上述水对环氧材料的作用都会加快进行，使破坏过程缩短。2）由于环氧复合材料的非均质性，温度升高时各相材料的热胀系数不同导致产生热应力，使材料性能劣化。3）温度升高有利于组分材料之间的各种化学反应的进行。易产生氧化、分解、交联等反应，使材料性能劣化。

2 提高环氧材料耐水性和耐湿热性的措施

通过上述对环氧材料湿致破坏成因机理的分析，我们大致可以了解到环氧材料的耐水性和耐湿热性并不是很好，在一些水环境或湿热环境中的应用受到了限制。虽然本文所研究的湿致破坏机理可能并不是所有导致环氧材料在湿热环境下发生变化的成因，但就在这些研究成果的基础上，也可以采取一些方法来提高环氧材料的耐水性和耐湿热性。

（1）在使用环氧材料时，应该尽可能的避免其本水打湿或渗入，可以采取隔绝的方法将环氧材料与水隔离开来，如果无法完全隔离，也要尽量将界面层与水隔离开。例如可以使用憎水性的原材料，或者是对材料做出一定的憎水性处理。

（2）要尽可能的提高环氧材料自身的抗破坏能力，使其能够抵抗湿致破坏。例如使用非易水解的材料，或者采用孔隙率较低的材料等来增大环氧材料的强度与密度，避免其迅速被水渗入。

（3）要尽量消除存在于环氧材料周围的，能够使其发生破坏的因素，以此来提高其耐水性和耐湿热性。例如尽量消除环氧材料的内应力，增大工艺管理避免环氧材料制备过程中有杂质混入。

（4）在对环氧材料进行设计时，无论是基团还是树脂、固化剂、添加剂等，都应该优先选择憎水性原材料，以此来降低环氧材料的整体吸水性，提高其耐水性，降低易水解性。另外，还最好选用耐热性较高、韧性较高、强度较大的树脂固化体系，以及适当的偶联剂，所选用树脂基体的热胀系数与分散相材料的要尽可能接近，这样就可以在很大程度上提高其耐湿热性。

（5）在制备环氧材料的过程中，要注意均匀的分散和加热物料，使材料的结构都相对较为均匀，从而减少其内部的收缩应力与热应力，以增大环氧材料的强度。还可以对材料施加一定压力，使其密度度增大，从而减小孔隙率，避免水分快速侵入。固化处理后应该进行一定的内应力消除处理。并且在整个制备过程中都不得有杂质混入。

3 结束语

总之，环氧材料是当前工业材料的重要组成部分，为了使其更好的发挥功能作用，就必须要不断的完善其使用性能。对于环氧材料的耐水性和耐湿热性较差这一缺点更要尽快改进完善。本文通过分析其湿致破坏机理，提出了一些改进措施，希望可以为相关人士提供一些借鉴。

［1］孙曼灵.环氧材料的断裂与增韧[C]//第十三次全国环氧树脂应用技术学术交流会论文集.2009.

［2］孙曼灵,郑水蓉.环氧材料的耐水性和耐湿热性[C]//第十四次全国环氧树脂应用技术学术交流会暨学会长三角地区分会第一届学术交流会论文集.2010.