耐高温环氧树脂研究进展探讨

金野

摘 要：本文主要讲了如何提高环氧树脂耐高温的方法，一方面可以对环氧树脂进行改性，主要是采用共混、共聚等方法，比如塑性聚合物、纳米材料等；另一方面是借助环氧树脂或固化剂本身来向其导入一种可以改善它的耐热性能的新结构，比如芳环、多官能度结构和液晶结构等。并且提出了耐高温环氧树脂现阶段遇到的问题以及对今后的研究做出了展望。

关键词：环氧树脂；耐热结构；改性

0 引言

环氧树脂因其在力学、电绝缘性能以及化学稳定性方面具备很好的优势，大多被应用在化工、电子、航空等领域。由于环氧树脂基复合材料与普通复合材料相比，在不但在力学性能方面能够满足要求，同时也具备良好的耐高温性能，是用作航空航天用途的复合材料的首选。还有很重要的一点，固化体系的配比和基体树脂的内部结构决定着复合材料的耐热性。本文主要从两方面提高环氧树脂的耐热性，一是对环氧树脂进行改性，二是通过通过环氧树脂或固化剂本身为它们导入新结构以改善其耐热性能。

1 借助环氧树脂或固化剂本身进行新结构导入

1.1 多官能度结构

为得到耐热性较好的环氧树脂固化物，可以增加官能度来提高固化物的交联密度。目前很多国外公司开发出各种多官能团环氧树脂，比如Avon Advanced Polymer Science公司开发出的新型环氧树脂，官能团度高达100，具有高达315℃的玻璃转化温度。还有研究者用双酚A和对羟基甲苯作为原料，成功制备了多官能团度环氧树脂，而且测试了它的热力学性能，证明了增加官能团度确实可以使环氧树脂固化物的耐热性提高。

1.2 耐热性刚性基团

苯环、联苯、稠环等结构都是刚性基团，而且具有耐热性，如果把它们引入到环氧树脂结构中，可以提高聚合物骨架的刚度，从微观上讲，限制了分子的旋转运动，从而使环氧树脂的热分解、玻璃化转变温度等耐热性能得到提高。杨明山等研究者用雙环戊二烯和1-萘酚作为原料，合成了含有双环戊二烯和萘环的环氧树脂，相比传统的邻甲酚醛环氧树脂，其玻璃化转变温度提高了20℃左右，在氮气中的分解温度也达到352℃。

1.3 液晶结构

液晶环氧树脂是一种融合了液晶有序和网络交联的优点的热固性液晶聚合物，成为最近几年的研究热点。鉴于其固化后具有优良的热学、电学和光学方面的优良性能，液晶环氧树脂已成为多个国家研究的重点。Gao等用甲亚胺结构来连接苯环和联苯，然后和环氧氯丙烷发生环氧化反应，合成了具有二甲基联苯结构的液晶环氧树脂，该液晶环氧化树脂经过固化后，玻璃化转变温度为213℃。

2 采用物理共混、化学共聚等方法对环氧树脂改性

2.1 耐热性聚合物改性环氧树脂

一般有两种方法：将环氧树脂与高耐热性的聚合物进行共混或者共聚。主要包括物理共混和化学共聚。物理共混主要是把环氧树脂和改性材料进行混合，得到综合性能好的聚合物体系，这种方法虽然成本低、易操作，但是存在改性结果受相容性影响大的缺点。化学共聚是由于改性材料中具有活性基团，它们可以和存在于环氧树脂中的环氧基等发生反应，引入了耐热结构，因此环氧树脂的耐热性能得到提高，也成为改性环氧树脂非常重要的方法。

2.2 有机硅改性环氧树脂

采用有机硅来改性环氧树脂，一方面可以提高韧性，另一方面可以可以提高耐热性。近年来还有人用有机硅硼来改性环氧树脂。有的研究者把Si-O-Si网络结构引入到环氧树脂中，大幅度提高了复合材料的热稳定性。李因文等人用聚甲基苯基硅氧烷对环氧树脂进行改性，表明树脂的固化体的耐热性得到了大幅度提高。

2.3 纳米材料改性环氧树脂

纳米材料的特点是具有很高的表面积和表面活性，可以提高环氧树脂等韧性和年热性。由于受纳米材料表面能大、分散困难的局限，研究仅仅集中在纳米材料的表面改性对树脂性能的影响。有关研究显示，低于100nm、均匀尺度的纳米材料分散在环氧树脂体系中，会明显提高体系的耐热性。碳纳米管、层状硅酸盐等是主要用来改良环氧树脂耐热性的纳米材料。

3 结语

航空航天等高科技领域的发展离不开耐高温环氧树脂材料，而且随着这些领域研究的深入，对环氧树脂材料的性能提出了更高的要求。本文主要提出了改性环氧树脂材料的两种方法，既存在优势，也有一定的局限。比如：为了改善环氧树脂的耐热性，我们通过环氧树脂或者固化剂本身引入新的机构，但是这种结构会使分子链的刚性增加，韧性下降；另外，采用物理共混或者化学共聚的方法也取得一定成效，但是或多或少存在分散性和工艺性不理想的问题。所以，我们需要寻求一种更加简单有效的改良环氧树脂的方法，彻底掌握反应机理和固化物性能以及结构之间存在的关系，并在建立模型的基础之上，对材料进行全局的预测，开发出更多高性能、工艺简单的耐高温环氧树脂。

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