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反映大国工业技术发达程度代表之一——环氧树脂增韧改性综述

发布日期:2021-03-03 作者:大连义邦科技 浏览数:795
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环氧树脂作为三大通用型热固性树脂之一,已成为各国经济发展中不可缺少的材料。其产量、研究和应用水平在一定程度上也反映了一个国家工业技术的发达程度。环氧树脂由于具有优异的粘接性能、力学性能、电性能、耐腐蚀 性和耐热性等优点,在电子、电气、机械制造、化工防腐、航空航天、船舶运 输、化学建材、水利电力及其它许多工业领域中起着重要的作用,已经成为各 工业领域中不可缺少的基础材料。
环氧树脂(EP)是一种热固性树脂,以有机化合物为骨架,通过热固性高分子与固化剂发生交联反应后形成不溶的三维网状结构高分子。具有优异的粘结性、机械强度、电绝缘性等特性,由于有较高的交联密度的纯环氧树脂固化物,交联网络骨架刚性大、导致分子链间相对滑移困难,易造成干燥过程涂层内部应力的积聚导致涂层开裂、因而存在质脆,耐疲劳、耐热性、抗冲击韧性差等缺点,使其应用受到一定限制,因此对环氧树脂的改性工作一直是中外研究的热门课题。
因此人们对环氧树脂增韧改性方法开展了大量研究,不断探索环氧树脂增韧改性的新机理和新方法,致力保持环氧树脂粘结应有的粘接强度前提,不断增加树脂的韧性。下面对近年来已知的几种环氧树脂增韧改性方法进行简述。
1、橡胶增韧环氧树脂
早在20世纪60年代,McGariy E J.用端梭基液体丁腊橡胶(CTBN)对环氧树脂进行了改性研究,取得较好的效果。其增韧机理主要有局部剪切屈服, 橡胶颗粒内部空穴或颗粒的脱落所引发的环氧基体中孔洞或空穴的塑性体积膨胀,裂纹在橡胶颗粒处的桥联等三种。目前用于环氧树脂增韧的橡胶增韧有有机硅弹性体增韧、聚酰酯增韧等。
橡胶增韧环氧树脂时,虽然树脂的冲击性能大幅提高,但因橡胶分子中含有双毽,其耐热性、断裂强度却明显降低。
2、热塑性树脂增韧环氧树脂
热塑性树脂改性环氧树脂其研究始于20世纪80年代。使用较多的聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺醚(PEI)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)等热塑性工程塑料,这些热塑性树脂不仅有较好的韧性,而且模量和耐热性较高,作为增韧剂加入到环氧树脂中使韧性得到提高,而且不影响环氧固化物的模量和耐热性。
用热塑性树脂琳韧改性EP弥补了弹性体改性EP的不足,但增韧效果不是很显著
3、热致性液晶聚合物增韧环氧树脂
热致液晶聚合物(TLCP)具有高强度、高模量的特点,而且它在加工过程中受剪切力作用时可形成纤维状结构,产生高度自增强作用。因此,用少量的高性能 热致液晶聚合物改性环氧树脂可较大幅度地提高环氧树脂的韧性、模量和耐热性。韧性提高的主要原因,是大分子链中含有大量刚性结晶单元,柔性间隔段 的液晶聚合物在改善环氧基体延展性的同时,又以颗粒或微纤的形式分散在环氧基体中提高材料的断裂性能。
用热致性树脂改性环氧树脂在增韧的同时,虽然保持了一定的力学性能,但其合成和原料来源困难、造价昂贵,且热致性液晶的热变形温度很高,难与通用型基体聚合物匹配,造成加工成型困难;
热致性液晶聚合物增韧
4、刚性粒子增韧环氧树脂
在环氧树脂基体中加入刚性粒子后,由于刚性粒子发生塑性形变时,能有 效抑制基体树脂裂纹的扩展,并吸收部分能量,从而起到增韧作用。刚性粒子 填充聚合物包括两大类:无机刚性粒子(如CaCq,硅灰石);有机刚性粒子(如聚酞胺,聚碳酸脂)。
5、核壳聚合物粒子增韧环氧树脂
核壳聚合物(CSP)是一类由两种或者两种以上单体通过乳液聚合得到的聚合物复合粒子,粒子的核和壳由不同的聚合物成分构成, 核壳结构的橡胶粒子的增韧原理是:橡胶粒子作为应力集中体,既可诱发银纹和剪切带吸收能量,又可终止银纹。橡胶弹性粒子还能与EP界面间脱粘,释放弹性应变能,提高材料的增韧和粘接强度。
核壳聚合物粒子增韧环氧树脂
6、静电纺丝技术纳米纤维增韧膜
前面介绍的环氧树脂的增韧方法,都必须先用改性剂对环氧树脂基体进行化学或物理改性,再用固化剂固化,工艺较复杂。这无疑给成型加工带来了麻烦。纳米纤维膜采用先进的静电纺丝工艺,静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺,其中有代表性的大连义邦Xantu. Layr是一种非纺织的织物,由千米长的纳米纤维构成,使用在预浸料层间,铺贴简便,改善树脂内部分层断裂,冲击之后的压缩强度,提升复合材料分层和抗疲劳特性。另外这些纳米纤维膜不会增加预浸料的厚度和重量,在层间区域充当脆性树脂基体的纳米级增强物质,最终形成更坚韧的树脂(可以与其他增韧体系共同使用),在受到压力或冲击时不易发生微小裂纹。
静电纺丝技术纳米纤维增韧膜
结语:
目前核壳聚合物的应用为EP的增韧开辟了一种比较理想的新方法,其应用前景非常广阔,另外纳米纤维拥有巨大的表面积,使其增韧效果显著,可与其他增韧材料共同使用,插层铺贴具有很好的应用价值。随着高分子材料科学与测试技术的不断发展,人们对环氧树脂的增韧需求也不断提高,相信科研工作者们不断创新研究新思路和方法,促使环氧树脂增韧日益向兼顾物理机械性、耐热性、工艺性等综合性能的改性方向发展。
本文意在传播新材料资讯,文中图片来自网络。


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