环氧树脂增韧改性研究进展

黄福旦

摘 要：本文全面系统的论述了近年来国内外对于环氧树脂增韧研究所取得的成果，重点介绍了集中环氧树脂的增韧机理，探讨了现阶段环氧树脂增韧研究的过程之中存在的问题。

关键词：环氧树脂;增韧;改性

引言

环氧树脂是一种具有优良力学性能、热性能的材料。这一材料在使用的过程之中还体现出了化学稳定性高、加工方便以及成本低等诸多的优点。这种材料的耐磨性、绝缘性也比较突出，因此在电子电气、航空航天领域得到了较为广泛的应用，但是这一材料在使用的过程之中也逐渐的体现出其固有的特点即抗冲击性较差，耐热性较差。现阶段环氧树脂这种材料已经无法有效的满足诸多领域对于高性能材料的要求，因此有必要就环氧树脂进行改性研究以增强其韧性、电性能等。近年来国内外相关的研究人员采用多种方法实现了环氧树脂的改性增韧，本文对这些方法进行系统的介绍和论述。

一、柔性链段固化剂增韧环氧树脂

采用柔性链段大分子对环氧树脂进行增韧时，柔性链大分子能够有效的键合进入到环氧树脂的交联网络之中，进而使环氧树脂在固化的过程之中出现一定的微观相分离现象，生成紧密疏松相间的独特两相结构，有效的打破了固化网络自身的均匀性。当材料在承受一定的应力时材料内部的塑性变形得到了有效的加强，进而提升了环氧树脂的韧性。

相关的研究人员发现采用硫醇对聚氨酯环氧树脂进行封端处理，能够显著的提升聚氨酯环氧树脂的综合力学性能，且随着聚氨酯在材料之中含量的增加，材料综合力学性能在不断的提升。此外相关的研究成果表明醚键结构能够对提升环氧樹脂的综合力学性能带来诸多的益处。

二、核壳结构聚合为增韧环氧树脂

学术界对于借助核壳结构实现环氧树脂增韧的研究开始于上世纪90年代。核壳结构具体是指核壳聚合物，其本质上是由一种或两种单体经过乳液聚合之后生成的复合粒子。此种粒子的内部和外部的成分通常存在一定的差异，内部和外部的结构也存在一定的差异，通常整体上呈现出双层或多层的结构。这种粒子在承受应力作用时能够诱发银纹，同时也能够借助剪切带吸收能量实现对银纹的终止。此种粒子能够在环氧树脂的界面间脱粘，进而将自身的弹性应变性能充分的释放出来，实现对环氧树脂的增韧。现阶段PBA/PMMA这种弹性微粒的研究较为成熟，其内核的成分为PBA，其具有较强的弹性。外壳的成分为PMMA，其能够同环氧树脂有效的结合为一个整体。采用这种核壳结构聚合物对环氧树脂进行增韧，其在承受应力时，结构的内部会出现大量的空穴，空穴结构导致的剪切会吸收大量的能量，进而显著的提升了环氧树脂耐冲击性。

三、热致液晶聚合物增韧环氧树脂

热致液晶聚合物之中包含有大量的刚性结晶单元和具有柔性的中间隔段。这样的内部结构组成决定了这种聚合物具有强度高、模量高以及能够实现自增强的独特性能。采用热致液晶聚合物实现环氧树脂的增韧，不仅能够有效的提升环氧树脂此类材料的整体韧性，还能够进一步优化环氧树脂材料的综合力学性能和耐热性，整体上能够改善环氧树脂多个方面的性能。从整体结构上看热致液晶聚合物的结构为海岛式，其同环氧树脂的结合能够改变环氧树脂结构在连续相层面的性质，使环氧树脂材料的微观结构在受到力的作用之后容易产生剪切滑移带，实现对应力集中区域裂纹的松弛，有效的阻止裂纹的进一步发展进而实现对整个结构体系韧性的增强。此外从宏观性能上讲，热致液晶聚合物具有独特的自增强特性，在外力的作用其微观结构极易在原始位置处转变为微纤或颗粒，进而使自身以分散相的状态存在于环氧树脂之中，这一体系在应力冲击作用下，分散的微纤和颗粒能够引起微裂纹和剪切进而实现对能量的有效吸收。热致液晶聚合物内部结构之中包含有刚性介晶单元，其融合在环氧树脂之中能够有效的增强环氧树脂的耐热性和模量。

相关的研究表明热致液晶聚合物对增韧环氧树脂效果的优劣主要取决于各向异性晶域的生成情况。  在环氧固化的过程之中介晶域的生长主要受三个方面因素的影响：一是环氧结晶过程之中是否有足够的介晶单元;二是原材料之中介晶单元的长度;三是介晶过程的温度。依据这三个主要影响因素可知固化剂和固化温度对最终的增韧效果有着非常重要的影响。相关的研究发现当液晶大分子之中含有环氧键时，环氧树脂的韧性将得到进一步的提升，耐热性也会有较大的改变。对经过热致液晶聚合物增强过的环氧树脂进行分析试验可知，液晶高分子之中包含的微纤结构确实能够在复合材料之中承受较大的应力，有效的阻止裂纹的扩展。

对于反应性液晶聚合物对环氧树脂的改性研究发现，当热致液晶聚合物的结构末端包含有活性反应基因时，其对环氧树脂的增韧效果更加明显，此外活性基因还能够发挥促进固化、提升反应速率的作用。相关的对比试验表明反应型液晶聚合物比其他类型的液晶聚合物能够发挥更加良好的改性效果。造成这一结果的原因是反应型的液晶聚合物能够键入到环氧树脂自身的固化网络之中进而使固化网络出现一定的松弛，进而显著的提升了自身的宏观性能。

四、互穿网络聚合物增韧环氧树脂

互穿网络聚合物是两种或两种以上的微观结构为交联网状的聚合物无规则的贯穿缠绕在一起，且一种材料完全的贯穿到另一种材料之中，其呈现出了强迫包容和协同效应两种特点。理想状态下的互穿网络聚合物是完全相容的，其动态力学性能同均聚物一致。这种材料同环氧树脂进行固化时，增溶剂由于无法参与到固化反应之中被分离出来，增溶剂的颗粒对于提升环氧树脂的综合力学性能发挥了非常重要的作用。当环氧树脂材料遭受到应力的破坏作用时，裂纹在生长的过程之中遭遇到增溶剂颗粒便出现了转向和分支的现象，这一过程损耗了大量的能量并起到了阻止裂纹进一步转变的效果。此外当材料遭受到外力的作用时分散相能够有效的调动环氧树脂网络分子出现变形、空洞化、拉伸等诸多的现象从而有效提升对能量的消耗能力，提升环氧树脂对冲击力的抵抗能力，改善材料的宏观韧性。影响互穿网络聚合物性能的主要因素有以下几个：一是两种材料的互穿顺序;二是两种材料互穿的程度;三是两种材料的组分比。试验结果表明全互穿的互穿网络聚合物，其改性能力明显优于半互穿的互穿网络聚合物。在各种互穿方式之中，同步互穿对于增强环氧树脂的综合性能效果最为明显，其能够有效的抑制各个相的分离，进而提升环氧树脂的韧性。借助互穿网络聚合物增强环氧树脂的韧性的过程之中还能够有效的提升环氧树脂的强度，这时其他类型的增韧技术无法实现的。

五、结语

目前国内外对环氧树脂增韧研究取得了很大进展， 但仍存在许多问题。弹性体增韧环氧树脂时， 增韧效果明显 ， 但以弹性模量 、耐热性等降低为代价 ; 用反应型液晶聚合物增韧环氧树脂， 其模量、耐热性能、拉伸性能基本不变， 但增韧效果不如弹性体增韧效果明显;用热致液晶改性环氧树脂虽然在增加韧性的同时保持了其他力学性能和耐热性， 但其成本较高， 且热致性液晶的热变形温度很高， 难与通用基体聚合物匹配。综上所述国内还需要加强相关的研究，进而寻找到更为适宜的增强方法。

参考文献：

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[2]韦春.热致性液晶聚合物的种类对环氧树脂共混物的结构 和性能的影响[ J] .高分子材料科学与工程， 2016 ， 22（3）： 137

[3]杨保利， 陈光冲.新型环氧树脂增韧剂[ J] .塑料工业， 2018 （3）：49