超支化聚合物增韌改性環(huán)氧樹脂的研究進展

羅世文　王威力　婁小杰

摘 要：本文對超支化聚合物進行了介紹，簡述了國內(nèi)外對于超支化聚合物在環(huán)氧樹脂應用中的探索和研究情況。文章重點對環(huán)氧樹脂中加入一定含量的超支化聚合物進行了分析，指出了超支化聚合物在改善環(huán)氧樹脂性能方面作出的貢獻。文章具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：超支化聚合物;環(huán)氧樹脂;性能改善

0 引言

環(huán)氧樹脂（EP）在機械性能、耐熱性能以及腐蝕性能等方面有著突出的表現(xiàn)，當今社會對于環(huán)氧樹脂的應用十分廣泛。然而，在實際使用過程中，各行各業(yè)都表示環(huán)氧樹脂高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)造成了其韌性較差的問題，因此眾多學者與科研人員都開始重視對改善環(huán)氧樹脂性能的研究。近年來，以超支化聚合物（HBPs）為代表的相關(guān)研究成為了增韌改性環(huán)氧樹脂的重要研究內(nèi)容。

1 超支化聚合物概述

聚合物是一種新型材料，常見的聚合物包括樹枝狀聚合物、超支化聚合物以及線性聚合物等，其結(jié)構(gòu)圖1所示。從圖中可以清晰看出，HBPs超支化聚合物的結(jié)構(gòu)與化合物極為相像，盡管其分子結(jié)構(gòu)看上去不如樹形那么完美，不過結(jié)構(gòu)依然表現(xiàn)出遞增的狀態(tài)。受自身結(jié)構(gòu)特點的影響，超支化聚合物的合成方法是相對容易的，其自身呈現(xiàn)出低黏度、高溶解度的屬性。基于以上分析，采用超支化聚合物來改善環(huán)氧樹脂的性能，可以節(jié)約更多的成本。

2 近年來HBPs改性EP研究進展

2.1 國外研究進展

國外在HBPs超支化聚合物改性環(huán)氧樹脂EP方面的研究是十分豐富和全面的。國際研究基本上是基于氰酸酯的增韌和固化行為開展的科研，就目前來看其取得的成果是十分可喜的。

2.2 國內(nèi)研究進展

2.2.1 HBPs增韌EP的研究

我國在研究HBPs增韌EP方面付出了巨大的努力與心血。特別是在超支化聚合物對環(huán)氧樹脂EP 固化速率、環(huán)氧轉(zhuǎn)化率、體系黏度以及固化物韌性等的影響方面下足了功夫。目前，我國在HBPs增韌EP方面的研究已取得一些收獲，但還缺少重大突破與創(chuàng)新。

2.2.2 HBPs改性EP的固化行為的研究

我國在HBPs改性EP固化行為方面作了大量研究。我國科研人員在堿的作用下對某超支化聚酯做改性環(huán)氧樹脂試驗，并通過DSC探究了有關(guān)物質(zhì)的固化行為，計算得出固化反應活化能。我國還對超支化聚合物和環(huán)氧樹脂的固化反應與自催化反應進行了深入研究，并且已經(jīng)找到了部分反應歷程相符的產(chǎn)品。通過不斷的探索與試驗，目前，我國已經(jīng)采取一步法合成了新型的、低粘度的超支化聚合物。

3 性能分析

3.1 力學性能分析

加工性能是否優(yōu)良直接關(guān)系到熱固性環(huán)氧樹脂的應用效果。對于傳統(tǒng)的增韌改性劑而言，其通常具有較高的相對分子質(zhì)量，因此其在固化以后，經(jīng)相分離就能實現(xiàn)增韌的效果。在對環(huán)氧樹脂進行加工的時候通常希望獲得較低的黏度。然而，較高的相對分子質(zhì)量通常決定了較高的黏度。所以，采用傳統(tǒng)的增韌改性劑進行加工很難避免高黏度物質(zhì)的形成。而利用超支化聚合物進行改性，其達到的效果顯然是不同的。HBPs超支化聚合物的分子尺寸通常比較小，并且自身有較多短小的支鏈，這些分子鏈和分子間一般不會出現(xiàn)纏繞現(xiàn)象，故其分子間相互的作用力通常很小，這也讓HBPs超支化聚合物具有了黏度偏低的特點。在環(huán)氧樹脂中混入超支化聚合物，不僅可以減小環(huán)氧樹脂的黏度，兩者的相容性也比較好，環(huán)氧樹脂的力學性能也會得到改善。如圖2所示，圖中展示了超支化聚合物與澆鑄體的力學性能。

從圖2中不難看出，在15%質(zhì)量比內(nèi)，環(huán)氧樹脂的沖擊強度和韌性都隨著超支化聚合物含量的增加而不斷提高。在質(zhì)量比HBP為5%以上時，環(huán)氧樹脂的韌性更是得到了大幅度提升。而當含量達到15%時，樹脂的沖擊強度最大，其值為22.3kJ/m2。

3.2 耐熱性能分析

實踐表明，部分增韌劑確實能有效改善環(huán)氧樹脂的韌性，但是也會大大降低環(huán)氧樹脂的耐熱性。圖3反映了當環(huán)氧樹脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的環(huán)氧樹脂與純環(huán)氧樹脂耐熱性的區(qū)別。從圖3中可以清晰看到，兩者走勢基本一致，環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度并沒有因為加入了1.5成的超支化聚合物而發(fā)生太大改變。

圖4展示了在環(huán)氧樹脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的環(huán)氧樹脂與純環(huán)氧樹脂的TGA曲線差別。從圖4可以輕易得出，兩者的固化物曲線走勢相同，只是在高溫范圍中，混有15%含量超支化聚合物的環(huán)氧樹脂才會表現(xiàn)出更好的性能?；谝陨戏治隹梢缘贸觯诩儹h(huán)氧樹脂中適量加入一定比例的超支化聚合物，對于改善環(huán)氧樹脂的耐熱性能具有正面影響。

4 結(jié)論

在環(huán)氧樹脂EP中加入適量的超支化聚合物HBPs一方面可以有效促進環(huán)氧樹脂的固化。同時，一定比例的超支化聚合物HBPs在改善環(huán)氧樹脂EP的韌性，提高環(huán)氧樹脂EP抗沖擊強度等方面都具有明顯的功效。不過，超支化聚合物HBPs還屬于新興領(lǐng)域，要想全面發(fā)揮其優(yōu)勢，進一步融會貫通，還要繼續(xù)不斷實踐與探索。

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作者簡介：

羅世文（1989- ），男，漢族，安徽亳州人，研究生，碩士，現(xiàn)職稱：助理工程師，研究方向：復合材料成型工藝。