环氧树脂的增韧改性方法研究进展(二)

   1.6纳米粒子增韧
    由于纳米粒子粒径小,表面原子占有率高,表面具有不饱和键或悬空键的特殊结构,因此纳米粒子具有非常大的表面活性,与聚合物发生物理或化学结合的可能性大,纳米粒子在界面上与环氧基团形成远大于范德华力的作用力,形成非常理想的界面,从而起到更好的引发微裂纹、吸收能量的作用。
    目前研究较多的EP/粘土纳米复合材料是将EP插入到粘土层间制备插层型、剥离型及兼具两种结构的纳米复合材料。EP基纳米复合材料与EP基复合材料相比,其强度、韧性、刚性等性能均有大幅度提高。梅启林等人采用机械搅拌和离心分散的方法制备了多壁碳纳米管-有机蒙脱土/环氧树脂复合材料,测试结果表明,多壁碳纳米管和有机蒙脱土的混杂对EP具有协同增韧的作用。当有机蒙脱土含量为2wt%,多壁碳纳米管含量为0.1wt%时,所得复合材料的断裂韧性是纯EP的1.77倍,是2wt%有机蒙脱土/环氧树脂复合材料的1.45倍,是0.1wt%多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的1.39倍。
    1.7液晶聚合物增韧
    液晶聚合物增韧EP的机理主要是“裂纹-钉锚”作用机理,液晶聚合物作为第二相,当体积分数适当时就可以发生增韧作用,即液晶聚合物颗粒裂纹扩展在约束作用,它横架在断裂面上,阻止裂纹进一步扩展,像一座桥将裂纹的两边联接起来;同时,桥联力还对二者连接处的裂纹起钉锚作用。少量液晶微纤存在可以阻止裂缝,提高脆性基体的韧性,而不降低材料的耐热性和刚度。
张宏元等设计并合成了一种侧链型液晶聚合物(SLCP),用碳三十一作固化剂时SLCP对EP有较好的增强增韧效果,在强度和TG不降低的情况下其断裂伸长率是未改性固化物断裂伸长率的3.6倍。
    1.8其它增韧方法
    除以上常用的增韧方法,EP的增韧方法还有互穿聚合物网络增韧、树枝型分子增韧和离聚体增韧EP等。互穿聚合物网络增韧(IPN)是由两种或两种以上交联网状聚合物相互贯穿,缠结形成的聚合物混合物,其特点是一种材料无规则地贯穿到另一种材料中去,起著“强迫包容”作用。这种结构不仅可以大大提高材料性能的协同效应,而且在外力作用下网络可发生大变形,吸收外界能量,加大应力传递,提高应力集中链的有效数量,对EP起到明显的增韧效果。同步互穿能大限度地抑制相分离,因而其增韧效果好。
    树枝形分子是近十多年才出现的一种新型高分子材料,它是一种以小分子为生长点,通过逐步控制重复反应得到的一系列分子质量不断增长、结构类似的化合物。其化学结构随着反应进行可以向四周辐射增长,终形成具有内部空腔和大量分支的球形结构。这既为内部空间提供保护,也可以对外部反应物和溶剂进行分子识别。大量的外表面端基为分子结构改性提供了可能。
    S.CChen等研究了用离聚体来增韧EP,先合成了离聚体(PEL),然后用以增韧EP,结果表明断裂韧性指标有很大提高,原因是在离聚体与EP之间形成了很强的交联网络结构。
    2.增韧研究前景
    EP的增韧改性一直是高分子材料专家研究的重点,新的增韧改性方法及技术也在不断出现,如大分子固化剂增韧、中空粒子增韧和树脂合金化增韧等。随著电子电气材料及先进复合材料的日益发展,对EP的综合性能的要求越来越高,希望在增韧EP的同时,整个材料的其它性能,包括热性能、模量及电性能等物理性能也能有较好的改善,因此单一的增韧方法已经不能满足这一要求。目前,国内外科研人员除继续探索新的EP增韧方法外,以上各种增韧方法的交叉应用也已经引起人们的重视。随着新的增韧改性技术的发展,EP的综合性能将会不断提高,应用范围也会更加宽广。