晶须对环氧树脂改性的研究进展
晶须因其直径小、长径比大，具有高强度、高模量及耐热性优良等特性，在高分子材料改性中有着独特的作用。环氧树脂因其具有强度高、粘结性好、热稳定性好及强度高、收缩性小等特点在国民经济的各个领域得到了广泛应用。晶须改性环氧树脂可以进一步提高其力学性能、耐摩擦磨损性能以及抗静电性能。本文介绍了几种在环氧树脂改性研究和应用中常见的晶须及其性能，并对国内外近几年内晶须在环氧树脂复合材料方面的研究和应用进行了综述。
关键词：晶须环氧树脂力学性能抗静电性综述
目前，在工业生产和实验研究中所用到的晶须绝大多数都是指无机物晶须，有机物晶须目前品种和数量都较少，主要有纤维素晶须。晶须直径很小，通常为亚微米到微米级，但长径比很大。无机晶须中原子排列高度有序，结晶完整，具有高强度、高模量、低密度、耐热、耐磨等优异性能。将晶须填充于聚合物基体中，可以显著提高聚合物材料的综合性能[1]。
环氧树脂（EP）是应用广泛的热固性高分子材料之一，具有优良的粘结性、热稳定性、电绝缘性、耐化学药品性能及强度高、收缩率小、价格低廉等特点，广泛应用于涂料、胶黏剂、轻工、建筑、机械、航天航空、电子电气绝缘材料以及先进复合材料等各个领域。但由于环氧树脂固化物脆性大、抗冲击强度低、易开裂、抗静电性差等缺点，限制了其进一步应用[2]。
许多研究结果表明，将晶须填充到环氧树脂基体中，可以有效地解决这些缺点，大幅度提升环氧树脂的综合性能[3]。本文对国内外近年来有关晶须改性环氧树脂的研究和应用情况进行了综述。
1·晶须的种类
将根据晶须的化学结构进行分类。
1.1钛酸钾晶须[4,5]
钛酸钾（PTW）晶须是一种针状短纤维材料，它主要有两种形式：四钛酸钾（K2O·4TiO2）和六钛酸钾（K2O·6TiO2）。其中K2O·4TiO2化学活性很高，应用较少；而K2O·6TiO2具有优良的绝热性、耐化学药品性、耐磨性、低热导率和高红外反射率、高温下导热系数极低、价格较低以及硬度低等特点，应用价值大，应用也多。
1.2碳化硅晶须[4,6]
碳化硅（SiC）晶须为立方晶须，其晶型与金刚石相同，是目前晶须中硬度高、模量大、耐热性好的晶须。它有两种结构形式：α型和β型，其中β型硬度更高，韧性和导电性等综合性能更好。
1.3硼酸盐晶须[7]
工业上用的硼酸盐晶须一般是指硼酸铝（9Al2O3·2B2O3）晶须，它具有各向异性，机械性能和化学性能极其稳定。另外，从组成上看，Al2O3成分占比较大，因而其与金属共价性高，具有中子吸收能力，电绝缘性、化学稳定性和耐热性好，可用作金属、陶瓷、纤维等增强材料。
1.4碳酸钙晶须[8]
碳酸钙（CaCO3）晶须是近年来新开发出来的一种新型针状晶须，具有强度高、尺寸稳定性、耐热性、耐磨性优良等优点，此外，制备碳酸钙晶须原料丰富、工艺简单、成本低、具有极高的性价比。
1.5硫酸钙晶须[9]
硫酸钙晶须是一种半水或无水纤维状单晶体，具有完整结构、特定横截面和稳定的尺寸。与其他短纤维相比，硫酸钙晶须具有耐高温、抗化学腐蚀、强度高、电绝缘性好、相容性好、易进行表面处理、与聚合物的亲和能力强等优点。此外，硫酸钙晶须，低毒性、绿色环保、原料丰富、价格低廉、性价比很高。
1.6氧化锌晶须[10]
氧化锌（ZnO）晶须按结构，可分为两类：一维针状氧化锌晶须和具有三维空间结构的四针状氧化锌晶须。前者主要用于增强，后者由于独特的结构，使其性能要优于一般晶须，除了用于增强，还用于提高高分子材料抗静电性。所谓四针状是因为，其有一个核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体，任意两个针状体的夹角为109°28′。西南交通大学和沈阳化工学院已研制成功了四针状氧化锌的制备工艺，并投入了生产。
1.7纤维素晶须[11]
纤维素晶须主要由从植物（棉花，稻草干等），细菌，被囊类海生动物等分离出的纤维素经酸水解制得，其具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解、力学性能优良等优点。
2·晶须在环氧树脂改性中的研究和应用
2.1增强增韧
对晶须增韧增强聚合物作用机理的研究还很少，目前，主要还是借鉴，引用晶须增韧增强陶瓷基体机理[12-14]：经过偶联剂处理过的晶须，能够很好地稳定分散在基体中，晶须被基体良好浸润，界面粘结强度增大。通过这个界面，基体和晶须连成一个整体。当基体受到外力作用时，应力可以通过这个界面均匀传递，吸收大量能量。一方面，基体中出现裂纹时，晶须在断开的裂纹表面桥连，可阻碍裂纹的进一步发展；另一方面，裂纹遇到晶须，要想进一步发展，就必须破坏或拔除晶须，而晶须强度高，模量高，破坏或拔除晶须需要消耗巨大的能量，而当裂纹绕过晶须，进一步发展，引发更多微裂纹。又因晶须长径比较大，需要吸收更多能量，从而起到显著增大EP基体强度和韧性的作用。
与无机晶须相比，纤维素晶须有独特之处，其容易形成晶须渗流网络，在这种网络结构中，通过晶须间强的氢键作用使得应力更容易传递，从而起到显著增强增韧作用[15]。
王蓉等[16]研究了不同晶须及晶须用量对复合树脂力学性能的影响，结果表明：硼酸铝晶须熔附二氧化硅SiO2用量为60时，双酚F型环氧复合树脂的性能佳，弯曲强度为79.80±2.55MPa，提高了30%，弯曲弹性模量可达3616.36±44.00MPa，提高了1.4倍。
戴静等[17]研究了硼酸盐晶须改性环氧树脂性能，结果表明：不进行表面处理和以硅烷偶联剂KH-550表面处理的硼酸盐晶须/树脂体系相互作用弱，力学性能没有显著改善；而硼酸酯偶联剂BE3和n-BE4表面处理效果好，能显著提高EP复合材料的力学性能；硼酸镁晶须/树脂体系的力学性能优于对应的树脂/硼酸铝晶须共混体系。刘琳等[18]研究了钛酸钾晶须（PTW）表面改性及增强环氧树脂，采用表面包覆法对PTW进行包覆二氧化硅处理，并用硅烷偶联剂KH550和KH560对包硅后的PTW进行表面改性，制备了环氧树脂EP/PTW复合材料，考察了改性方法、晶须含量、偶联剂种类等对复合材料拉伸强度、弯曲强度的影响。
结果表明：KH560改性后的PTW能够较好地分散于EP中，对拉伸强度能够起到增强作用，当PTW用量为5份时，复合材料拉伸强度达到大值45.33MPa，断裂伸长率为3.19%，弯曲强度为171.41MPa。
Liu等[19]研究了碳酸钙晶须增强环氧树脂复合材料的微观结构和弯曲性能，结果表明:复合材料的弯曲强度随CaCO3晶须用量的增加而增加，当CaCO3晶须的用量大约为15%（质量分数，下同）时，复合材料弯曲强度达到大值，与纯EP相比，提高了11%。但是，CaCO3晶须用量过多，反而会使EP复合材料的强度急剧下降。
Shao等[20]采用了一种花费少和开发材料周期短的新研究方法-有限元素分析法，从晶须长径比，表面/体积比和界面结合状况等几个方面，研究了碳化硅（SiC）晶须增强EP复合材料的性能。结果表明：（1）当SiC晶须长径比和表面/体积比增加时，承受载荷的传递距离增加，同时，晶须可以承受来自基体更多的轴向应力；（2）当SiC晶须长径比增加，界面剪切应力减小。然而，当表面/体积比增加，界面剪切应力增加。此外，界面结合状况对晶须承受轴向应力的影响要远远大于树脂基体。
Tang和Weder[21]采用简单的溶剂交换法，制备了纤维素悬浮液，代替传统昂贵的干冻法和有损材料力学性能的延长超声分散时间的方法，实验表明，溶剂交换法制备的纤维素晶须长径比较大，分散均匀，对复合材料力学性能损伤小；纤维素晶须加入到EP中，复合材料的力学性能，拉伸储能模量，显著增大，并指出在玻璃化温度tg以上，性能提升更加突出。
上述研究结果都证实了：（1）晶须掺杂到EP聚合物基体中，能够起到显著增强增韧作用；（2）晶须的用量并不是越多越好，有一个适宜的范围；（3）晶须在基体中能否良好分散以及良好的界面结合是决定复合材料力学性能的关键。
2.2提高阻尼、耐热和阻燃性能
表面处理过的晶须加入到EP基体中，一方面，晶须界面与基体界面牢牢粘结，使得复合材料阻尼增大，高温下链段运动困难，从而提高了材料热变形温度，有效地阻碍了高分子链的热运动；另一方面，晶须较大的长径比，在基体中形成有效导热链或导热网络，可以很好将基体内部产生的热量及时传递出去，从而提高了EP耐热性。此外，晶须是单晶，熔点很高，可有效增强树脂的耐热性。
Luo等[22]研究了EP/SiC导热复合材料的制备和性能，结果表明：基体的导热性能随着加入基体中的碳化硅质量分数的增加而增大。当碳化硅用量为50%时，复合材料导热系数为0.7152W/(m·K)，此值是纯EP的3倍。
Chen等[23]研究了硫酸钙晶须掺杂蓖麻油基聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合材料的阻尼性能和热性能，结果表明：加入硫酸钙晶须后，EP复合材料的热分解温度有所提高，硫酸钙晶须的用量为3%时，复合材料的阻尼性能佳。作者在另一篇报道中[24]，介绍了添加钛酸钾晶须的PU/EP互穿网络复合材料阻尼性能，结果表明：向PU/EP互穿网络复合体系中加入钛酸钾晶须，复合材料的阻尼性能提高，热稳定性进一步提高，当钛酸钾晶须用量为3%时，复合材料的阻尼性能好，同时材料还具有较好的热稳定性。
金鸿等[25]研究了环氧树脂/氧化锌晶须（ZnOw）/氮化硼（BN）导热绝缘复合材料，结果表明：随着导热填料含量的增大，EP复合材料的导热系数增大；在填料含量相同的情况下，EP/ZnOw/BN复合材料比EP/ZnOw复合材料具有更好的导热性能；当填料体积分数为15%时，EP/ZnOw/BN复合材料的热导率为1.06W/(m·K)，而EP/ZnOw复合材料的热导率仅为0.98W/(m·K)。
Wu等[26]研究了纤维素晶须/EP复合材料的热分解和热膨胀阻燃，研究表明：添加少量的纤维素晶须和多磷酸铵（6%），EP复合材料的极限氧指数就可以增加31%，阻燃性能可以达到V-0级，EP峰值热释放速率和总热释放速率降低。
Ma等[27]研究了四角状氧化锌晶须添加聚氨酯交联环氧基树脂/聚氨酯阻尼复合材料，结果表明：由于互穿聚合物网络的形成，有效的阻尼温度范围（tanδ>0.3）明显地从33.7℃扩大到178.8℃。四角状氧化锌晶须的加入，使得EP复合体系的内摩擦增大，阻尼峰大值提高到了1.44。此外，复合材料的形态研究也证明了复合体系中存在着部分相分离，均匀分散的四角状氧化锌晶须被紧密的植入到聚合物基体中，提高了复合材料的热稳定性。
2.3提高耐磨损性能
Sudheer等[28]研究了用“田口法”对陶瓷晶须填加环氧树脂复合材料干滑动磨损性能的优化，文中采用钛酸钾晶须（PTW）作为增强材料制备了钛酸钾改性环氧树脂复合材料。作者用统计学的方法评价了几个独立参数A（滑动速率），B（垂直载荷），C（填料量）和D（滑动距离）对PTW晶须改性EP复合材料磨损性能的影响。结果表明：PTW晶须的加入显著地提高了EP复合材料的耐磨损性能，同时发现，垂直载荷是影响磨损率的重要的因素，其次为填料量、滑动距离和滑动速率。
史以俊等[29]也研究了PTW晶须填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性，结果表明：PTW晶须能明显提高EP耐磨性并降低其摩擦系数，含量w（PTW）=0.08的EP复合材料的耐磨性比纯EP提高近10倍，摩擦系数降低35%。
2.4提高抗静电性能
目前，应用于提高环氧树脂抗静电性多的是具有独特三维空间结构的四针状氧化锌（TZnO）晶须[30]。T-ZnO晶须填充聚合物制备的高分子导电材料，与传统导电纤维、金属粉、碳粉具有以下优点：（1）质轻，掺杂少量即可达到良好的抗静电效果；（2）T-ZnO晶须的辐射状三维空间结构，易实现导电材料的各向同性；（3）与金属粉末导电性填料相比，T-ZnO晶须不存在长期使用后由于金属微粒表面形成氧化膜而导致导电性能下降的问题，使导电材料对环境变化的适应得到改善。
万翠凤等[31]研究了T-ZnO晶须表面改性及在环氧树脂抗静电漆中的应用，结果表明：以无水乙醇为溶剂，表面活性剂改性的具有半导体性的TZnO晶须均匀分散在环氧树脂中，相互搭接形成导电通路而起抗静电作用，使EP材料的体积电阻率降低了4~5个数量级。
研究人员进一步研究发现，未掺杂的氧化锌晶须由于能隙较宽，电阻率虽较高但不稳定，如果向T-ZnO晶须中掺杂少量金属氧化物粉末，其混合物掺杂到树脂基体中，制备的复合材料导电性能较T-ZnO晶须单一填料掺杂到树脂基体中的导电性能要更好。
周松等[32]研究了氧化铝粉末掺杂氧化锌晶须/环氧树脂抗静电性能，结果表明：氧化铝掺杂TZnO晶须填充到基体中，可降低复合材料的电阻率，氧化铝掺杂T-ZnO晶须的添加量为8%时，环氧树脂复合材料的表面电阻率从15.3×1015Ω·cm降低到7.2×1010Ω·cm。
2.5提高粘结强度
环氧树脂胶黏剂的粘结强度大，热稳定性好，耐化学药品和腐蚀性强，广泛应用于航空，电子，化工，建筑和日常生活等领域，素有万能胶之称。普通的环氧树脂主要由环氧树脂，固化剂和增韧剂组成，但是随着社会的发展、工业的进步，普通的环氧树脂其性能已无法满足更高的要求。近年来，研究人员通过对环氧树脂添加不同填料改性，显著提高了环氧树脂胶黏剂的综合性能。目前研究比较多的有近年来新发展起来的新型增强材料--晶须对环氧树脂胶黏剂的填充改性，应用多的主要是碳酸钙晶须、硫酸钙晶须，这些无机晶须强度高，价格低廉，原料丰富，热稳定性、尺寸稳定性、耐磨性优良，添加到EP粘胶剂中不但提高了EP粘结强度，而且还提高了复合材料耐热性，尺寸稳定性等综合性能[33]。
王德波等[33]研究了硫酸钙晶须改性聚氨酯环氧树脂的粘接性能，结果表明：当使用经过偶联剂KH-560处理且长度较短（长度约为20μm）的晶须改性聚氨酯环氧树脂时效果佳。当改性晶须的加入量为10%时，可使改性树脂基体的室温剪切和剥离强度分别提高5%和27%；当加入量为15%时，可使树脂基体的高温（100℃）剪切强度提高39%，晶须对环氧胶粘剂高温剪切强度的改善效果显著。
于福家等[34]研究了硫酸钙晶须改性环氧胶粘剂，结果表明：经过硅烷偶联剂改性的硫酸钙晶须配制的环氧胶粘剂与目前常用的填充剂相比较，其拉伸强度相对可以提高50%~120%，剪切强度相对可以提高40%~140%；将硫酸钙晶须与石英粉混合作为填充剂，同只用单一的硫酸钙晶须作填充剂相比，环氧胶粘剂的拉伸强度和剪切强度又分别进一步提高17%和7%。
赵倩等[35]研究了硫酸钙晶须在第二代环氧建筑结构胶中的应用，结果表明：硫酸钙晶须的加入，使结构胶的流淌性降低，抗沉降性得到改善，粘接强度增大，明显提高了粘钢胶的剪切强度、拉伸强度和压缩强度，植筋胶的剪切强度和压缩强度也有一定提高。
郝娟等[36]研究了碳酸钙晶须改性环氧树脂胶黏剂，结果表明：其他条件保持不变的前提下，未改性CaCO3晶须可使EP胶粘剂的拉伸剪切强度提高10%~80%；对CaCO3晶须用质量分数为1%的硅烷偶联剂进行表面处理后，可使EP胶粘剂的拉伸剪切强度提高30%~110%。CaCO3晶须是一种应用前景良好的胶粘剂用增强填料。
3·应用中存在的问题和前景
晶须在树脂基体复合材料中应用，主要存在的问题[37-39]是：（1）晶须与树脂界面相容性比较差，在基体中不易良好分散，尤其是高填充量时，分散不好，容易发生团聚，如何选用合适的偶联剂的种类，用量及处理的方式，可获得理想的处理效果；（2）加工成型过程中，可能会存在着晶须折断，如何改进加工成型工艺，避免晶须在加工成型过程中发生折断，获得较长的长径比，从而保持其优良的综合性能；（3）晶须的研究应用在技术上要求高，涉及到物理、化学、化工、材料等学科，我国当前在一些技术方面，理论化研究工作还做的不足，缺乏理论指导；（4）目前，研究的重点在于探讨晶须含量和晶须表面处理对复合材料的影响，基本上是通过实验数据来考察其影响，没有建立相应的理论模型，实验缺乏可扩展性和可移植性；（5）晶须的种类还比较少，比较单一，大多数晶须尚未应用，仍处在探索阶段。我国在晶须研究和应用方面与国外还存在着巨大的差距，国内尚未形成品种齐全的工业化生产能力，大量还得依赖从国外进口。基于当前的国情，与传统无机填料相比，价格还是比较昂贵，限制了其在日常生活领域的广泛应用。
基于晶须应用中存在的问题，必须深入开展如下研究工作：
（1）加大晶须基础理论工作的研究，包括晶须增强的作用机理、作用形式、分散稳定性能、应用领域的扩宽等。
（2）探索晶须制备新工艺，降低晶须制备成本，促进晶须规模化生产；同时，改进晶须/聚合物复合材料的制备工艺，进一步优化工艺参数，制备性能优异的复合材料。
（3）针对材料的实际情况，建立晶须/聚合物复合材料的理论模型,预测复合材料的性能，并与实验数据相互推动。
（4）由于纤维素晶须的制备过程对水介质的依赖性、水解尺寸的不稳定性以及其与聚合物混合需要在水相中进行，使得其应用主要局限在几种水溶性聚合物上，应进一步深入研究纤维素晶须尺寸可控性、有机化改性及有机改性后在非水溶性聚合物中的应用问题，从而完善纳米纤维素晶须的制备方法，扩大其在纳米复合材料中的应用领域。
（5）晶须的制备和应用，应该讲究绿色环保、经济高效、节约资源、无污染、可持续。
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关键词：晶须环氧树脂力学性能抗静电性综述
目前，在工业生产和实验研究中所用到的晶须绝大多数都是指无机物晶须，有机物晶须目前品种和数量都较少，主要有纤维素晶须。晶须直径很小，通常为亚微米到微米级，但长径比很大。无机晶须中原子排列高度有序，结晶完整，具有高强度、高模量、低密度、耐热、耐磨等优异性能。将晶须填充于聚合物基体中，可以显著提高聚合物材料的综合性能[1]。
环氧树脂（EP）是应用广泛的热固性高分子材料之一，具有优良的粘结性、热稳定性、电绝缘性、耐化学药品性能及强度高、收缩率小、价格低廉等特点，广泛应用于涂料、胶黏剂、轻工、建筑、机械、航天航空、电子电气绝缘材料以及先进复合材料等各个领域。但由于环氧树脂固化物脆性大、抗冲击强度低、易开裂、抗静电性差等缺点，限制了其进一步应用[2]。
许多研究结果表明，将晶须填充到环氧树脂基体中，可以有效地解决这些缺点，大幅度提升环氧树脂的综合性能[3]。本文对国内外近年来有关晶须改性环氧树脂的研究和应用情况进行了综述。
1·晶须的种类
将根据晶须的化学结构进行分类。
1.1钛酸钾晶须[4,5]
钛酸钾（PTW）晶须是一种针状短纤维材料，它主要有两种形式：四钛酸钾（K2O·4TiO2）和六钛酸钾（K2O·6TiO2）。其中K2O·4TiO2化学活性很高，应用较少；而K2O·6TiO2具有优良的绝热性、耐化学药品性、耐磨性、低热导率和高红外反射率、高温下导热系数极低、价格较低以及硬度低等特点，应用价值大，应用也多。
1.2碳化硅晶须[4,6]
碳化硅（SiC）晶须为立方晶须，其晶型与金刚石相同，是目前晶须中硬度高、模量大、耐热性好的晶须。它有两种结构形式：α型和β型，其中β型硬度更高，韧性和导电性等综合性能更好。
1.3硼酸盐晶须[7]
工业上用的硼酸盐晶须一般是指硼酸铝（9Al2O3·2B2O3）晶须，它具有各向异性，机械性能和化学性能极其稳定。另外，从组成上看，Al2O3成分占比较大，因而其与金属共价性高，具有中子吸收能力，电绝缘性、化学稳定性和耐热性好，可用作金属、陶瓷、纤维等增强材料。
1.4碳酸钙晶须[8]
碳酸钙（CaCO3）晶须是近年来新开发出来的一种新型针状晶须，具有强度高、尺寸稳定性、耐热性、耐磨性优良等优点，此外，制备碳酸钙晶须原料丰富、工艺简单、成本低、具有极高的性价比。
1.5硫酸钙晶须[9]
硫酸钙晶须是一种半水或无水纤维状单晶体，具有完整结构、特定横截面和稳定的尺寸。与其他短纤维相比，硫酸钙晶须具有耐高温、抗化学腐蚀、强度高、电绝缘性好、相容性好、易进行表面处理、与聚合物的亲和能力强等优点。此外，硫酸钙晶须，低毒性、绿色环保、原料丰富、价格低廉、性价比很高。
1.6氧化锌晶须[10]
氧化锌（ZnO）晶须按结构，可分为两类：一维针状氧化锌晶须和具有三维空间结构的四针状氧化锌晶须。前者主要用于增强，后者由于独特的结构，使其性能要优于一般晶须，除了用于增强，还用于提高高分子材料抗静电性。所谓四针状是因为，其有一个核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体，任意两个针状体的夹角为109°28′。西南交通大学和沈阳化工学院已研制成功了四针状氧化锌的制备工艺，并投入了生产。
1.7纤维素晶须[11]
纤维素晶须主要由从植物（棉花，稻草干等），细菌，被囊类海生动物等分离出的纤维素经酸水解制得，其具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解、力学性能优良等优点。
2·晶须在环氧树脂改性中的研究和应用
2.1增强增韧
对晶须增韧增强聚合物作用机理的研究还很少，目前，主要还是借鉴，引用晶须增韧增强陶瓷基体机理[12-14]：经过偶联剂处理过的晶须，能够很好地稳定分散在基体中，晶须被基体良好浸润，界面粘结强度增大。通过这个界面，基体和晶须连成一个整体。当基体受到外力作用时，应力可以通过这个界面均匀传递，吸收大量能量。一方面，基体中出现裂纹时，晶须在断开的裂纹表面桥连，可阻碍裂纹的进一步发展；另一方面，裂纹遇到晶须，要想进一步发展，就必须破坏或拔除晶须，而晶须强度高，模量高，破坏或拔除晶须需要消耗巨大的能量，而当裂纹绕过晶须，进一步发展，引发更多微裂纹。又因晶须长径比较大，需要吸收更多能量，从而起到显著增大EP基体强度和韧性的作用。
与无机晶须相比，纤维素晶须有独特之处，其容易形成晶须渗流网络，在这种网络结构中，通过晶须间强的氢键作用使得应力更容易传递，从而起到显著增强增韧作用[15]。
王蓉等[16]研究了不同晶须及晶须用量对复合树脂力学性能的影响，结果表明：硼酸铝晶须熔附二氧化硅SiO2用量为60时，双酚F型环氧复合树脂的性能佳，弯曲强度为79.80±2.55MPa，提高了30%，弯曲弹性模量可达3616.36±44.00MPa，提高了1.4倍。
戴静等[17]研究了硼酸盐晶须改性环氧树脂性能，结果表明：不进行表面处理和以硅烷偶联剂KH-550表面处理的硼酸盐晶须/树脂体系相互作用弱，力学性能没有显著改善；而硼酸酯偶联剂BE3和n-BE4表面处理效果好，能显著提高EP复合材料的力学性能；硼酸镁晶须/树脂体系的力学性能优于对应的树脂/硼酸铝晶须共混体系。刘琳等[18]研究了钛酸钾晶须（PTW）表面改性及增强环氧树脂，采用表面包覆法对PTW进行包覆二氧化硅处理，并用硅烷偶联剂KH550和KH560对包硅后的PTW进行表面改性，制备了环氧树脂EP/PTW复合材料，考察了改性方法、晶须含量、偶联剂种类等对复合材料拉伸强度、弯曲强度的影响。
结果表明：KH560改性后的PTW能够较好地分散于EP中，对拉伸强度能够起到增强作用，当PTW用量为5份时，复合材料拉伸强度达到大值45.33MPa，断裂伸长率为3.19%，弯曲强度为171.41MPa。
Liu等[19]研究了碳酸钙晶须增强环氧树脂复合材料的微观结构和弯曲性能，结果表明:复合材料的弯曲强度随CaCO3晶须用量的增加而增加，当CaCO3晶须的用量大约为15%（质量分数，下同）时，复合材料弯曲强度达到大值，与纯EP相比，提高了11%。但是，CaCO3晶须用量过多，反而会使EP复合材料的强度急剧下降。
Shao等[20]采用了一种花费少和开发材料周期短的新研究方法-有限元素分析法，从晶须长径比，表面/体积比和界面结合状况等几个方面，研究了碳化硅（SiC）晶须增强EP复合材料的性能。结果表明：（1）当SiC晶须长径比和表面/体积比增加时，承受载荷的传递距离增加，同时，晶须可以承受来自基体更多的轴向应力；（2）当SiC晶须长径比增加，界面剪切应力减小。然而，当表面/体积比增加，界面剪切应力增加。此外，界面结合状况对晶须承受轴向应力的影响要远远大于树脂基体。
Tang和Weder[21]采用简单的溶剂交换法，制备了纤维素悬浮液，代替传统昂贵的干冻法和有损材料力学性能的延长超声分散时间的方法，实验表明，溶剂交换法制备的纤维素晶须长径比较大，分散均匀，对复合材料力学性能损伤小；纤维素晶须加入到EP中，复合材料的力学性能，拉伸储能模量，显著增大，并指出在玻璃化温度tg以上，性能提升更加突出。
上述研究结果都证实了：（1）晶须掺杂到EP聚合物基体中，能够起到显著增强增韧作用；（2）晶须的用量并不是越多越好，有一个适宜的范围；（3）晶须在基体中能否良好分散以及良好的界面结合是决定复合材料力学性能的关键。
2.2提高阻尼、耐热和阻燃性能
表面处理过的晶须加入到EP基体中，一方面，晶须界面与基体界面牢牢粘结，使得复合材料阻尼增大，高温下链段运动困难，从而提高了材料热变形温度，有效地阻碍了高分子链的热运动；另一方面，晶须较大的长径比，在基体中形成有效导热链或导热网络，可以很好将基体内部产生的热量及时传递出去，从而提高了EP耐热性。此外，晶须是单晶，熔点很高，可有效增强树脂的耐热性。
Luo等[22]研究了EP/SiC导热复合材料的制备和性能，结果表明：基体的导热性能随着加入基体中的碳化硅质量分数的增加而增大。当碳化硅用量为50%时，复合材料导热系数为0.7152W/(m·K)，此值是纯EP的3倍。
Chen等[23]研究了硫酸钙晶须掺杂蓖麻油基聚氨酯/环氧树脂互穿网络复合材料的阻尼性能和热性能，结果表明：加入硫酸钙晶须后，EP复合材料的热分解温度有所提高，硫酸钙晶须的用量为3%时，复合材料的阻尼性能佳。作者在另一篇报道中[24]，介绍了添加钛酸钾晶须的PU/EP互穿网络复合材料阻尼性能，结果表明：向PU/EP互穿网络复合体系中加入钛酸钾晶须，复合材料的阻尼性能提高，热稳定性进一步提高，当钛酸钾晶须用量为3%时，复合材料的阻尼性能好，同时材料还具有较好的热稳定性。
金鸿等[25]研究了环氧树脂/氧化锌晶须（ZnOw）/氮化硼（BN）导热绝缘复合材料，结果表明：随着导热填料含量的增大，EP复合材料的导热系数增大；在填料含量相同的情况下，EP/ZnOw/BN复合材料比EP/ZnOw复合材料具有更好的导热性能；当填料体积分数为15%时，EP/ZnOw/BN复合材料的热导率为1.06W/(m·K)，而EP/ZnOw复合材料的热导率仅为0.98W/(m·K)。
Wu等[26]研究了纤维素晶须/EP复合材料的热分解和热膨胀阻燃，研究表明：添加少量的纤维素晶须和多磷酸铵（6%），EP复合材料的极限氧指数就可以增加31%，阻燃性能可以达到V-0级，EP峰值热释放速率和总热释放速率降低。
Ma等[27]研究了四角状氧化锌晶须添加聚氨酯交联环氧基树脂/聚氨酯阻尼复合材料，结果表明：由于互穿聚合物网络的形成，有效的阻尼温度范围（tanδ>0.3）明显地从33.7℃扩大到178.8℃。四角状氧化锌晶须的加入，使得EP复合体系的内摩擦增大，阻尼峰大值提高到了1.44。此外，复合材料的形态研究也证明了复合体系中存在着部分相分离，均匀分散的四角状氧化锌晶须被紧密的植入到聚合物基体中，提高了复合材料的热稳定性。
2.3提高耐磨损性能
Sudheer等[28]研究了用“田口法”对陶瓷晶须填加环氧树脂复合材料干滑动磨损性能的优化，文中采用钛酸钾晶须（PTW）作为增强材料制备了钛酸钾改性环氧树脂复合材料。作者用统计学的方法评价了几个独立参数A（滑动速率），B（垂直载荷），C（填料量）和D（滑动距离）对PTW晶须改性EP复合材料磨损性能的影响。结果表明：PTW晶须的加入显著地提高了EP复合材料的耐磨损性能，同时发现，垂直载荷是影响磨损率的重要的因素，其次为填料量、滑动距离和滑动速率。
史以俊等[29]也研究了PTW晶须填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性，结果表明：PTW晶须能明显提高EP耐磨性并降低其摩擦系数，含量w（PTW）=0.08的EP复合材料的耐磨性比纯EP提高近10倍，摩擦系数降低35%。
2.4提高抗静电性能
目前，应用于提高环氧树脂抗静电性多的是具有独特三维空间结构的四针状氧化锌（TZnO）晶须[30]。T-ZnO晶须填充聚合物制备的高分子导电材料，与传统导电纤维、金属粉、碳粉具有以下优点：（1）质轻，掺杂少量即可达到良好的抗静电效果；（2）T-ZnO晶须的辐射状三维空间结构，易实现导电材料的各向同性；（3）与金属粉末导电性填料相比，T-ZnO晶须不存在长期使用后由于金属微粒表面形成氧化膜而导致导电性能下降的问题，使导电材料对环境变化的适应得到改善。
万翠凤等[31]研究了T-ZnO晶须表面改性及在环氧树脂抗静电漆中的应用，结果表明：以无水乙醇为溶剂，表面活性剂改性的具有半导体性的TZnO晶须均匀分散在环氧树脂中，相互搭接形成导电通路而起抗静电作用，使EP材料的体积电阻率降低了4~5个数量级。
研究人员进一步研究发现，未掺杂的氧化锌晶须由于能隙较宽，电阻率虽较高但不稳定，如果向T-ZnO晶须中掺杂少量金属氧化物粉末，其混合物掺杂到树脂基体中，制备的复合材料导电性能较T-ZnO晶须单一填料掺杂到树脂基体中的导电性能要更好。
周松等[32]研究了氧化铝粉末掺杂氧化锌晶须/环氧树脂抗静电性能，结果表明：氧化铝掺杂TZnO晶须填充到基体中，可降低复合材料的电阻率，氧化铝掺杂T-ZnO晶须的添加量为8%时，环氧树脂复合材料的表面电阻率从15.3×1015Ω·cm降低到7.2×1010Ω·cm。
2.5提高粘结强度
环氧树脂胶黏剂的粘结强度大，热稳定性好，耐化学药品和腐蚀性强，广泛应用于航空，电子，化工，建筑和日常生活等领域，素有万能胶之称。普通的环氧树脂主要由环氧树脂，固化剂和增韧剂组成，但是随着社会的发展、工业的进步，普通的环氧树脂其性能已无法满足更高的要求。近年来，研究人员通过对环氧树脂添加不同填料改性，显著提高了环氧树脂胶黏剂的综合性能。目前研究比较多的有近年来新发展起来的新型增强材料--晶须对环氧树脂胶黏剂的填充改性，应用多的主要是碳酸钙晶须、硫酸钙晶须，这些无机晶须强度高，价格低廉，原料丰富，热稳定性、尺寸稳定性、耐磨性优良，添加到EP粘胶剂中不但提高了EP粘结强度，而且还提高了复合材料耐热性，尺寸稳定性等综合性能[33]。
王德波等[33]研究了硫酸钙晶须改性聚氨酯环氧树脂的粘接性能，结果表明：当使用经过偶联剂KH-560处理且长度较短（长度约为20μm）的晶须改性聚氨酯环氧树脂时效果佳。当改性晶须的加入量为10%时，可使改性树脂基体的室温剪切和剥离强度分别提高5%和27%；当加入量为15%时，可使树脂基体的高温（100℃）剪切强度提高39%，晶须对环氧胶粘剂高温剪切强度的改善效果显著。
于福家等[34]研究了硫酸钙晶须改性环氧胶粘剂，结果表明：经过硅烷偶联剂改性的硫酸钙晶须配制的环氧胶粘剂与目前常用的填充剂相比较，其拉伸强度相对可以提高50%~120%，剪切强度相对可以提高40%~140%；将硫酸钙晶须与石英粉混合作为填充剂，同只用单一的硫酸钙晶须作填充剂相比，环氧胶粘剂的拉伸强度和剪切强度又分别进一步提高17%和7%。
赵倩等[35]研究了硫酸钙晶须在第二代环氧建筑结构胶中的应用，结果表明：硫酸钙晶须的加入，使结构胶的流淌性降低，抗沉降性得到改善，粘接强度增大，明显提高了粘钢胶的剪切强度、拉伸强度和压缩强度，植筋胶的剪切强度和压缩强度也有一定提高。
郝娟等[36]研究了碳酸钙晶须改性环氧树脂胶黏剂，结果表明：其他条件保持不变的前提下，未改性CaCO3晶须可使EP胶粘剂的拉伸剪切强度提高10%~80%；对CaCO3晶须用质量分数为1%的硅烷偶联剂进行表面处理后，可使EP胶粘剂的拉伸剪切强度提高30%~110%。CaCO3晶须是一种应用前景良好的胶粘剂用增强填料。
3·应用中存在的问题和前景
晶须在树脂基体复合材料中应用，主要存在的问题[37-39]是：（1）晶须与树脂界面相容性比较差，在基体中不易良好分散，尤其是高填充量时，分散不好，容易发生团聚，如何选用合适的偶联剂的种类，用量及处理的方式，可获得理想的处理效果；（2）加工成型过程中，可能会存在着晶须折断，如何改进加工成型工艺，避免晶须在加工成型过程中发生折断，获得较长的长径比，从而保持其优良的综合性能；（3）晶须的研究应用在技术上要求高，涉及到物理、化学、化工、材料等学科，我国当前在一些技术方面，理论化研究工作还做的不足，缺乏理论指导；（4）目前，研究的重点在于探讨晶须含量和晶须表面处理对复合材料的影响，基本上是通过实验数据来考察其影响，没有建立相应的理论模型，实验缺乏可扩展性和可移植性；（5）晶须的种类还比较少，比较单一，大多数晶须尚未应用，仍处在探索阶段。我国在晶须研究和应用方面与国外还存在着巨大的差距，国内尚未形成品种齐全的工业化生产能力，大量还得依赖从国外进口。基于当前的国情，与传统无机填料相比，价格还是比较昂贵，限制了其在日常生活领域的广泛应用。
基于晶须应用中存在的问题，必须深入开展如下研究工作：
（1）加大晶须基础理论工作的研究，包括晶须增强的作用机理、作用形式、分散稳定性能、应用领域的扩宽等。
（2）探索晶须制备新工艺，降低晶须制备成本，促进晶须规模化生产；同时，改进晶须/聚合物复合材料的制备工艺，进一步优化工艺参数，制备性能优异的复合材料。
（3）针对材料的实际情况，建立晶须/聚合物复合材料的理论模型,预测复合材料的性能，并与实验数据相互推动。
（4）由于纤维素晶须的制备过程对水介质的依赖性、水解尺寸的不稳定性以及其与聚合物混合需要在水相中进行，使得其应用主要局限在几种水溶性聚合物上，应进一步深入研究纤维素晶须尺寸可控性、有机化改性及有机改性后在非水溶性聚合物中的应用问题，从而完善纳米纤维素晶须的制备方法，扩大其在纳米复合材料中的应用领域。
（5）晶须的制备和应用，应该讲究绿色环保、经济高效、节约资源、无污染、可持续。
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