环氧树脂高性能化的方法与机理

环氧树脂高性能化的方法与机理

作者：俞孝伟 孙祥 仇骏

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第11期

摘 要：环氧树脂的高性能化主要是在环氧树脂中引入刚性分子，但由于性能的侧重不同，因此在具体应用上存在着很多不同的方法，本文对环氧树脂的这些高性能化方法进行了简单介绍，并对具体的机理进行了分析。 关键词：环氧树脂；高性能化；方法

随着环氧树脂的应用范围愈加广泛，实际应用中对环氧树脂固化物的性能要求也越来越高，因此，对环氧树脂高性能化的研究已经成为当前环氧树脂应用开发的重要课题。 1 环氧树脂的结构性能

环氧树脂作为一种有机高分子化合物，其主要由环氧基团、氨以及分子构成，其分子结构的主要特征是分子链中含有较活泼的环氧基团，这些环氧基团通常会分布在分子链的中间或末端，有时也会呈现出环状结构。同时由于环氧树脂中分子、按、环氧基等成分结构成分的含量与环氧树脂固化物的性能有着直接影响，因此在环氧树脂的实际应用中通常会通过，改变分子结构、调整合成条件等方法来改变其性能，而这也给环氧树脂的高性能化提供了很多可能与途径。

2 环氧树脂的高性能化分析 2.1 无机填料改性方法

无机调料改性方法主要是对碳酸钙、云母、高岭土等刚性无机填料的应用。通过对这些刚性无机填料的填充，无机填料中的刚性无机粒子会对环氧树脂中的部分能量进行吸收，从起到增强韧性、抑制裂缝延伸扩大的作用，使环氧树脂的性能与适用性大大提升[1]。同时，无机填料的种类不同，在填充过程中对环氧树脂所起到的作用也各不相同，因此通过对不同无机填料的选择还能够实现对改性效果的控制，例如石墨粉的填充提高其抗辐射性能，而填充生石灰则会对环氧和素质起到增强吸水性的作用。在填充过程中，要注意控制好填料的尺寸，过小或过大都会改性效果造成影响，从目前来看，环氧树脂的无机填料改性有表面物理包覆、机械力学改性、沉淀反应改性等方法，以表面物理包覆方法为例，需要先选择高分子树脂等包覆材料，之后将温度提升至包覆材料的熔点左右，只有采取高速混合的方法进行包覆，使填料表面被包覆材料完全包裹为止。 2.2 树脂改性方法

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树脂改性是一种建立高分子相容理论基础上的高性能化方法，主要是选择热塑性的树脂材料与环氧树脂通过高分子相容技术来进行融合，进而使环氧树脂合金化，达到增韧改性的效果。例如通过聚丙烯酸丁酯的添加，就可以形成热致液晶聚合物，这类聚合物在力学、热学等方面的性能十分出色，而在使用其进行环氧树脂改性过后，则会使环氧树脂在很大程度上集成聚合物的性能，在韧性、低吸水性、耐化学性、耐热性等多方面的性能得到增强，同样属于十分有效的高性能化方法。 2.3 橡胶改性方法

橡胶改性方法实际上就是对带有活性基因的弹性体进行利用，使其与环氧树脂中的环氧基产生反应，进而让环氧基在环氧树脂在固化过程或断裂过程中中呈现出基体耗能的情况，这样在环氧树脂固化过程结束并形成固化物时，融合了橡胶这类弹性体的环氧树脂固化物的内应力就会大大降低。受自身结构特点的影响，环氧树脂的内容通常会形成一些微小的裂纹，而这些裂纹的尖端则会出现内应力集中的情况，进而导致裂缝延伸，使环氧树脂开裂。因此，通过橡胶改性降低环氧树脂固化物的内应力，就能够抑制环氧树脂内部微小裂纹的延伸，提高环氧树脂的断裂韧性，使其在各种受力情况下不容易出现开裂情况，这对于环氧树脂的应用是十分有利的。

2.4 结构改性方法

从化学结构来看，环氧树脂内部的大分子链上含有环氧基，而通过对环氧树脂的结构改性，则可以改变环氧树脂内部生成的环氧基，进而制作出不同种类、性能侧重不同的环氧树脂，以满足对环氧树脂的应用需求。例如利用酚醛树脂对双酚A型环氧树脂进行改性，就可以得到固化交联密度高、活性高的酚醛环氧树脂，这种环氧树脂在制作过程中需要对环氧树脂进行粗粉碎，在环氧树脂达到一定细度后，加入合适量的固化剂、增韧剂以及流平剂，最后再完成挤出、干燥等流程，就可以得到改性酚醛环氧树脂，使环氧树脂的抗蚀性、热稳定性等性能得到提升，十分适合应用于防腐蚀等功能的涂料中。 2.5 膨胀单体改性方法

基于阴离子与自由基型可以实现开环聚合这一反应机理，近年来还发现了膨胀单体改性的环氧树脂高性能化方法。通过研究发现，螺环原碳酸酯类、缩酮内酯类等各种类别的膨胀单体都具有着聚合反应过程中出现体积膨胀的特点，实现体积上的变化，因此，一旦将膨胀单体作为与环氧树脂进行共同聚合反应的材料时，环氧树脂在固化过程中所出现的体积收缩现象就能够得到大大缓解，而一旦解决了环氧树脂的体积收缩问题，其粘接强度这一性能就会大大提高。在高性能化的过程中，只需将环氧树脂、膨胀单体与固化剂按照既定的比例进行混合，就能够实现环氧树脂改性，但需要注意的是，在混合过程中必须对膨胀单体的比例进行严格控制，不可添加过多的膨胀单体，以免出现环氧树脂固化后体积膨胀过大的情况，进而加大内应力，降低环氧树脂的抗拉强度。

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总而言之，对刚性分子的引入能够对环氧树脂多方面性能的提高都能够起到很好的作用，而在实际应用中，结构改性、膨胀单体改性等不同的方法也都是十分有效的。 参考文献：

[1]杨瑞芹，张大洋，赵鸣玉，吕成学.一种新型环氧树脂的合成及性能研究[J]，热固性树脂.

作者简介：

俞孝伟（1986- ），男，江苏扬州人，汉族，工程师，硕士研究生，研究方向：环氧树脂生产及应用。