耐高溫環(huán)氧樹脂研究進(jìn)展探討

金野

摘 要：本文主要講了如何提高環(huán)氧樹脂耐高溫的方法，一方面可以對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，主要是采用共混、共聚等方法，比如塑性聚合物、納米材料等；另一方面是借助環(huán)氧樹脂或固化劑本身來(lái)向其導(dǎo)入一種可以改善它的耐熱性能的新結(jié)構(gòu)，比如芳環(huán)、多官能度結(jié)構(gòu)和液晶結(jié)構(gòu)等。并且提出了耐高溫環(huán)氧樹脂現(xiàn)階段遇到的問題以及對(duì)今后的研究做出了展望。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；耐熱結(jié)構(gòu)；改性

0 引言

環(huán)氧樹脂因其在力學(xué)、電絕緣性能以及化學(xué)穩(wěn)定性方面具備很好的優(yōu)勢(shì)，大多被應(yīng)用在化工、電子、航空等領(lǐng)域。由于環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料與普通復(fù)合材料相比，在不但在力學(xué)性能方面能夠滿足要求，同時(shí)也具備良好的耐高溫性能，是用作航空航天用途的復(fù)合材料的首選。還有很重要的一點(diǎn)，固化體系的配比和基體樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定著復(fù)合材料的耐熱性。本文主要從兩方面提高環(huán)氧樹脂的耐熱性，一是對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，二是通過(guò)通過(guò)環(huán)氧樹脂或固化劑本身為它們導(dǎo)入新結(jié)構(gòu)以改善其耐熱性能。

1 借助環(huán)氧樹脂或固化劑本身進(jìn)行新結(jié)構(gòu)導(dǎo)入

1.1 多官能度結(jié)構(gòu)

為得到耐熱性較好的環(huán)氧樹脂固化物，可以增加官能度來(lái)提高固化物的交聯(lián)密度。目前很多國(guó)外公司開發(fā)出各種多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂，比如Avon Advanced Polymer Science公司開發(fā)出的新型環(huán)氧樹脂，官能團(tuán)度高達(dá)100，具有高達(dá)315℃的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。還有研究者用雙酚A和對(duì)羥基甲苯作為原料，成功制備了多官能團(tuán)度環(huán)氧樹脂，而且測(cè)試了它的熱力學(xué)性能，證明了增加官能團(tuán)度確實(shí)可以使環(huán)氧樹脂固化物的耐熱性提高。

1.2 耐熱性剛性基團(tuán)

苯環(huán)、聯(lián)苯、稠環(huán)等結(jié)構(gòu)都是剛性基團(tuán)，而且具有耐熱性，如果把它們引入到環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中，可以提高聚合物骨架的剛度，從微觀上講，限制了分子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使環(huán)氧樹脂的熱分解、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等耐熱性能得到提高。楊明山等研究者用雙環(huán)戊二烯和1-萘酚作為原料，合成了含有雙環(huán)戊二烯和萘環(huán)的環(huán)氧樹脂，相比傳統(tǒng)的鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了20℃左右，在氮?dú)庵械姆纸鉁囟纫策_(dá)到352℃。

1.3 液晶結(jié)構(gòu)

液晶環(huán)氧樹脂是一種融合了液晶有序和網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)的熱固性液晶聚合物，成為最近幾年的研究熱點(diǎn)。鑒于其固化后具有優(yōu)良的熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)方面的優(yōu)良性能，液晶環(huán)氧樹脂已成為多個(gè)國(guó)家研究的重點(diǎn)。Gao等用甲亞胺結(jié)構(gòu)來(lái)連接苯環(huán)和聯(lián)苯，然后和環(huán)氧氯丙烷發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，合成了具有二甲基聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的液晶環(huán)氧樹脂，該液晶環(huán)氧化樹脂經(jīng)過(guò)固化后，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為213℃。

2 采用物理共混、化學(xué)共聚等方法對(duì)環(huán)氧樹脂改性

2.1 耐熱性聚合物改性環(huán)氧樹脂

一般有兩種方法：將環(huán)氧樹脂與高耐熱性的聚合物進(jìn)行共混或者共聚。主要包括物理共混和化學(xué)共聚。物理共混主要是把環(huán)氧樹脂和改性材料進(jìn)行混合，得到綜合性能好的聚合物體系，這種方法雖然成本低、易操作，但是存在改性結(jié)果受相容性影響大的缺點(diǎn)?；瘜W(xué)共聚是由于改性材料中具有活性基團(tuán)，它們可以和存在于環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基等發(fā)生反應(yīng)，引入了耐熱結(jié)構(gòu)，因此環(huán)氧樹脂的耐熱性能得到提高，也成為改性環(huán)氧樹脂非常重要的方法。

2.2 有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂

采用有機(jī)硅來(lái)改性環(huán)氧樹脂，一方面可以提高韌性，另一方面可以可以提高耐熱性。近年來(lái)還有人用有機(jī)硅硼來(lái)改性環(huán)氧樹脂。有的研究者把Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入到環(huán)氧樹脂中，大幅度提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。李因文等人用聚甲基苯基硅氧烷對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，表明樹脂的固化體的耐熱性得到了大幅度提高。

2.3 納米材料改性環(huán)氧樹脂

納米材料的特點(diǎn)是具有很高的表面積和表面活性，可以提高環(huán)氧樹脂等韌性和年熱性。由于受納米材料表面能大、分散困難的局限，研究?jī)H僅集中在納米材料的表面改性對(duì)樹脂性能的影響。有關(guān)研究顯示，低于100nm、均勻尺度的納米材料分散在環(huán)氧樹脂體系中，會(huì)明顯提高體系的耐熱性。碳納米管、層狀硅酸鹽等是主要用來(lái)改良環(huán)氧樹脂耐熱性的納米材料。

3 結(jié)語(yǔ)

航空航天等高科技領(lǐng)域的發(fā)展離不開耐高溫環(huán)氧樹脂材料，而且隨著這些領(lǐng)域研究的深入，對(duì)環(huán)氧樹脂材料的性能提出了更高的要求。本文主要提出了改性環(huán)氧樹脂材料的兩種方法，既存在優(yōu)勢(shì)，也有一定的局限。比如：為了改善環(huán)氧樹脂的耐熱性，我們通過(guò)環(huán)氧樹脂或者固化劑本身引入新的機(jī)構(gòu)，但是這種結(jié)構(gòu)會(huì)使分子鏈的剛性增加，韌性下降；另外，采用物理共混或者化學(xué)共聚的方法也取得一定成效，但是或多或少存在分散性和工藝性不理想的問題。所以，我們需要尋求一種更加簡(jiǎn)單有效的改良環(huán)氧樹脂的方法，徹底掌握反應(yīng)機(jī)理和固化物性能以及結(jié)構(gòu)之間存在的關(guān)系，并在建立模型的基礎(chǔ)之上，對(duì)材料進(jìn)行全局的預(yù)測(cè)，開發(fā)出更多高性能、工藝簡(jiǎn)單的耐高溫環(huán)氧樹脂。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐佳佳.耐高溫環(huán)氧樹脂研究進(jìn)展[J].化工管理，2017 （28）：78.

[2]周茗萱，潘恒，宋子強(qiáng)，管蓉.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑的研究進(jìn)展[J].粘接，2016，37（10）：57-60.

[3]雷亮，夏正斌，楊濤，鐘理.水性聚氨酯油墨連接料的關(guān)鍵性能分析[J].中國(guó)膠粘劑，2015，24（07）：54-58.

[4]童超梅.耐高溫?zé)o溶劑型環(huán)氧膠粘劑的研制[D].上海：東華大學(xué)，2015.

[5]鐘鳳.耐高溫環(huán)氧樹脂的合成與性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2014.

[6]郭翔.耐高溫環(huán)氧膠粘劑及其固化動(dòng)力學(xué)研究[D].上海：東華大學(xué)，2014.