涂料原料網訊摘要本文介紹了環氧樹脂增韌改性的主要機理概述了熱塑性樹脂增韌橡膠增韌及柔性鏈段增韌等常用環氧樹脂增韌方法這些增韌方法在環氧樹脂固化體系中形成海島狀互穿網絡和均相交聯等微觀結構從而獲得不同的增韌效果

郭志濤孫德成 （中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司遼寧沈陽110850）

關鍵詞環氧樹脂增韌機理改性力學性能柔韌性

環氧樹脂（EP）通常是指其化學成分內部包括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應形成熱固性產物的高分子低聚體在與固化劑發生交聯反應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優異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困難易造成干燥過程涂層內部應力的積聚導致涂層易開裂耐沖擊強度差等缺點達不到人們對其使用特性提出的更高要求因此人們對環氧樹脂增韌改性方法開展了大量研究不斷探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提高其柔韌性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科學還發現了幾種增韌機理主要包括裂紋釘鉚和分散相的撕裂和塑性拉伸這些增韌機理的綜合作用占到整個作用中的大多數

1.1分散相的撕裂和塑性拉伸機理

Kunz等提出了分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體系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加值這種機理方式也能夠在一定程度上增加環氧樹脂的增韌性但不是有很大的提高

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結合良好的固體顆粒裂紋尖端就會在粒子間發生彎曲但仍然會釘鉚在它們所遇到的固體粒子的位置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一定的影響

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顯著進展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一定的困難

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官建國課題組結合環氧樹脂-空間位阻型聚醚胺膠粘劑體系富含游離極性羥基的特點將其引入到聚脲膠粘劑體系合成了環氧-聚脲膠粘劑當環氧含量在50%時膠粘劑具有優異的物理機械性能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

通過分子結構設計手段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體系中的改性方法是環氧樹脂增韌的一種有效途徑可采用兩種形式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體系不同的交聯網絡結構主要包括微觀相分離結構互穿網絡結構均相交聯網絡結構

3.1海島結構

橡膠增韌環氧樹脂體系在樹脂固化體系中出現海島狀微相分離結構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觀察發現分散相橡膠顆粒在環氧樹脂連續相中形成海島結構沖擊強度提高近1倍拉伸強度提高2～3倍這樣就使得樹脂固化體系中的橡膠增韌度提高較為明顯

3.2互穿網絡（IPN）結構

80年代末一種制備具有特殊性能高分子合金的有效方法被科研工作者開始研究這種方法就是IPN技術不同的共聚物或均聚物相互貫穿纏結而形成的物理混合物是IPN的構成和組成其特點就是能產生出比一般共混物更優異的性能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則地貫穿使IPN體系中兩組分間產生協同效應

3.3均相交聯網絡結構

官建國課題組從分子層次上設計并合成了既含聚醚柔性鏈段又兩端含苯環剛性介晶單元的端氨基聚醚固化劑并用它研制了環氧樹脂膠粘劑（包括非離子型水性環氧樹脂膠粘劑）該膠粘劑固化產物由于柔性聚醚鏈段的兩端均通過化學鍵與剛性的環氧樹脂鏈段連接形成了AB型剛柔均相交聯網絡結構避免了微相分離不僅表現出優異的耐填料填充能力（體積比高達50%）而且具有高強高韌的力學性能制備的功能涂層粘接強度高達25MPa柔韌性小于15mm

4結語

隨著高分子材料科學與測試技術的不斷進步人們對環氧樹脂的增韌要求也越來越高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提供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

參考文獻

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