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环氧树脂改性方法的研究现状及进展

环氧树脂是*类分子中含有两个以上的环氧基团,在适当条件下能形成三维交联网络固化物的化合物总称。在固化前,环氧树脂是*种环氧低聚物,而固化后,则会形成*种树脂网络结构,且固化后的收缩率较小。[1]环氧树脂具有比*度大、比刚度高和可设计性*等优点,其中,双酚A型环氧树脂具有良好的绝缘性能、黏合能力和耐高温性能,[2]已被广泛应用于航空航天领域。
  但由于环氧树脂中含有羟基等*性基团,大部分环氧树脂存在耐高温性能差,玻璃化转变温度低等缺点,如在高于70℃的环境中,普通环氧树脂材料的机械性能会下降,且某些耐高温环氧树脂的使用温度*般也不能*过130℃。[3]
  近年来,随着对环氧树脂基复合材料研究的不断深入,其机械性能有所优化,在航空航天领域的应用也逐渐增多,但相应地,越加苛刻的使用条件对其性能的要求也在不断提高。由于航空航天材料应用领域的特殊性,除了必须具备的机械性能外,对其耐高温性能的要求也十分苛刻。因此,通过环氧树脂改性,提高其高温力学性能是*个重要的研究方向。
  二、环氧树脂改性的方法
  目前,对环氧树脂改性的研究主要有两个方向。[4]*是开发新的环氧树脂聚合物或固化剂,如导入新的官能团、苯环等结构;二是与耐热聚合物、填料共混共聚,如热塑性聚合物、有机硅等。此外,通过增大环氧树脂的交联度、形成互穿聚合物网络等方法也可以提高环氧树脂的耐热性目前,国内外对环氧树脂改性的研究已取得了大量研究成果。其中,将具有较高玻璃化转变温度的聚合物与环氧树脂进行共聚、共混是提高环氧树脂耐热性能的*种重要方法。共聚是利用改性材料分子中的活性基团与环氧树脂中的环氧基、羟基进行反应生成接枝或共聚物,从而在固化体系中引入稳定的耐热结构。用于EP改性的常见聚合物有聚氨酯(PU)、聚酰亚胺(PI)、双马来酰亚胺(BMI)、聚醚酮、聚砜(PSF)和聚酯等。[5]而共混则是将改性材料与环氧树脂进行物理混合,形成新的交叉网络,从而得到具有较优综合性能的体系,以提高环氧树脂的耐热性能和机械性能。
  武杨等人[5]使用双马来酰胺(BMI)作为改性剂,使用4,4耐热二氨基二苯甲烷(DDM)作为固化剂,对环氧树脂进行改性,通过EP:DDM=1:1和EP:BMI=1:0.4的配比,改性后环氧树脂的热分解温度上升15.2℃。吕晓雷等人[6]采用酚酞基聚芳醚酮改性环氧树脂,改性后环氧树脂的韧性和耐热性能都有所提升,玻璃化转变温度由150℃提高到193℃。Ashok Kumar等人[7]在环氧树脂中加入不同质量分数的BMI进行改性,实验发现,当BMI的质量分数达到15%时,改性环氧树脂的玻璃化转变温度提高到182℃。许虹宇等人[8]通过加入酚醛树脂对EP进行改性,由于酚醛树脂中含有大量的苯环,可以显著提高EP的耐热性能,经过改性后的环氧树脂可以在200℃的环境下正常使用。
  袁莉等人[9]通过使用偶联剂(KH-550)预处理的硼酸铝晶须对环氧树脂进行改性,并以4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)和甲基纳狄克酸酐(MNA)为基体,采用浇注成型工艺制备晶须环氧树脂复合材料,当添加晶须的质量分数为15%时,体系的综合性能较好,热变形温度提高了22℃。屈泽华等人[10]用二甲基硅氧烷对EP进行改性,发现当二甲基硅氧烷的质量分数为10%时,改性产物的力学性能*好,且产物的热分解温度从528.4℃提高到631.5℃。Mimura[11]利用聚醚砜树脂改性EP,使两者形成*种半互穿聚合物网络结构,增*了网络结构密度,将EP的玻璃化转变温度提高20℃。
  三、结语
  通过与耐热聚合物、填料进行共聚、共混,改变固化剂种类等方法对环氧树脂进行改性,都可以显著提高其玻璃化转变温度和耐热性能。然而,在材料的使用过程中,尤其在航空航天领域,不能仅关注其耐热性能,还需考虑材料的机械性能。对于改性环氧树脂,其内部结构是否发生了变化,在高温环境下是否会具有*好的力学性能往往都是未知的,未来需要针对改性后的环氧树脂在高温环境下的力学性能进行*多的测试,进行*深入的研究。

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