文档介绍：环氧树脂的形态与性能
李忠明
四川大学高分子科学与工程学院
高分子材料工程国家重点实验室

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环氧树脂(EP)是聚合物基复合材料应用最广泛的基体树脂。自1930年问世,1947年美国实现工业化生产以来,至今已有50多年历史。由于环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨蚀性、力学性能、化学稳定性、电器绝缘性,以及收缩率低、易加工成型、较好的应力传递和成本低廉等优点,广泛应用于涂料、胶黏剂、轻工、建筑、机械、航天航空、电子电气绝缘材料、先进复合材料基体等各个领域。
常见的环氧树脂主要有2种类型:
一是双酚A缩水甘油醚型环氧树脂,通常被称为双酚A环氧树脂,占环氧树脂总产量的90%,可由2,2-双对羟基苯基丙烷(双酚A)与环氧氯丙烷在碱存在下聚合而得;
另一是高官能度环氧树脂(分子中具有2个以上环氧基),它可由线型酚醛树脂和环氧氯丙烷聚合得到,也可由4,4’-二氨基二苯甲烷或4,4’-二胺基二苯醚与环氧氯丙烷缩合得到。
概述
存在的缺点
内应力大
耐疲劳性、耐热性、耐冲击性差
剥离强度、剪切强度较差、开裂应变低
主要研究方法
目前,环氧树脂的增韧研究已取得了显著的成果,通过控制形态来增韧的途径主要有以下几种:
热致性液晶改性
互穿网络结构改性
聚氨酯改性
核-壳聚合物改性
刚性粒子填充
热塑性树脂改性
橡胶改性
热致液晶聚合物(TLCP)增韧环氧树脂
TLCP中都含有大量的刚性介晶单元和一定量的柔性间隔段,使它具有高强度、高模量和自增强等优异的性能。
当其加入到环氧树脂体系中时,就可以发生裂纹钉锚增韧作用,即TLCP颗粒对裂纹具有约束闭合作用,它横架在断裂面上,从而阻止了裂纹的进一步扩展,象一座桥将裂纹的两边连接起来,同时桥联力还对两者连接处的裂纹起钉锚作用(如图1)。
能明显改善环氧树脂连续相的性质,有利于在应力作用下产生剪切滑移带和微裂纹,松弛裂纹端应力集中,阻碍裂缝扩展。
图1 热致液晶/环氧树脂断裂面的SEM照片
具体实例
采用液晶环氧(PHBHQ)增韧环氧CYD-128树脂
含芳香酯基液晶基元环氧化物( PHBHQ)的分子结构如下:
PHBHQ增韧CYD-128的研究
PHBHQ 含量对浇铸体性能的影响
图1 PHBHQ 含量对浇铸体冲击强度的影响
表1 PHBHQ含量对CYD-128/PHBHQ/混合胺固化剂体系浇铸体性能的影响
表2 PHBHQ 含量对CYD-128/PHBHQ/DDM体系浇铸体性能的影响
当液晶含量为50%时,,比不加液晶环氧时CYD-128体系(23 kJ/m2) ,热变形温度提高近30oC。PHBHQ-128/固化剂体系是部分相容体系,在成型过程中发生相分离,PHBHQ能形成介晶域,起增强和诱发银纹和剪切带的作用,从而吸收大量能量,使环氧韧性得以大幅度提高。
PHBHQ 含量对热性能的影响
图2 PHBHQ 含量对浇铸体HDT 的影响
PHBHQ含量增多, 浇铸体的HDT逐渐升高。