耐高溫環氧樹脂研究進展探討

金野

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

關鍵詞：環氧樹脂；耐熱結構；改性

0 引言

環氧樹脂因其在力學、電絕緣性能以及化學穩定性方面具備很好的優勢，大多被應用在化工、電子、航空等領域。由于環氧樹脂基復合材料與普通復合材料相比，在不但在力學性能方面能夠滿足要求，同時也具備良好的耐高溫性能，是用作航空航天用途的復合材料的首選。還有很重要的一點，固化體系的配比和基體樹脂的內部結構決定著復合材料的耐熱性。本文主要從兩方面提高環氧樹脂的耐熱性，一是對環氧樹脂進行改性，二是通過通過環氧樹脂或固化劑本身為它們導入新結構以改善其耐熱性能。

1 借助環氧樹脂或固化劑本身進行新結構導入

1.1 多官能度結構

為得到耐熱性較好的環氧樹脂固化物，可以增加官能度來提高固化物的交聯密度。目前很多國外公司開發出各種多官能團環氧樹脂，比如Avon Advanced Polymer Science公司開發出的新型環氧樹脂，官能團度高達100，具有高達315℃的玻璃轉化溫度。還有研究者用雙酚A和對羥基甲苯作為原料，成功制備了多官能團度環氧樹脂，而且測試了它的熱力學性能，證明了增加官能團度確實可以使環氧樹脂固化物的耐熱性提高。

1.2 耐熱性剛性基團

苯環、聯苯、稠環等結構都是剛性基團，而且具有耐熱性，如果把它們引入到環氧樹脂結構中，可以提高聚合物骨架的剛度，從微觀上講，限制了分子的旋轉運動，從而使環氧樹脂的熱分解、玻璃化轉變溫度等耐熱性能得到提高。楊明山等研究者用雙環戊二烯和1-萘酚作為原料，合成了含有雙環戊二烯和萘環的環氧樹脂，相比傳統的鄰甲酚醛環氧樹脂，其玻璃化轉變溫度提高了20℃左右，在氮氣中的分解溫度也達到352℃。

1.3 液晶結構

液晶環氧樹脂是一種融合了液晶有序和網絡交聯的優點的熱固性液晶聚合物，成為最近幾年的研究熱點。鑒于其固化后具有優良的熱學、電學和光學方面的優良性能，液晶環氧樹脂已成為多個國家研究的重點。Gao等用甲亞胺結構來連接苯環和聯苯，然后和環氧氯丙烷發生環氧化反應，合成了具有二甲基聯苯結構的液晶環氧樹脂，該液晶環氧化樹脂經過固化后，玻璃化轉變溫度為213℃。

2 采用物理共混、化學共聚等方法對環氧樹脂改性

2.1 耐熱性聚合物改性環氧樹脂

一般有兩種方法：將環氧樹脂與高耐熱性的聚合物進行共混或者共聚。主要包括物理共混和化學共聚。物理共混主要是把環氧樹脂和改性材料進行混合，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，但是存在改性結果受相容性影響大的缺點。化學共聚是由于改性材料中具有活性基團，它們可以和存在于環氧樹脂中的環氧基等發生反應，引入了耐熱結構，因此環氧樹脂的耐熱性能得到提高，也成為改性環氧樹脂非常重要的方法。

2.2 有機硅改性環氧樹脂

采用有機硅來改性環氧樹脂，一方面可以提高韌性，另一方面可以可以提高耐熱性。近年來還有人用有機硅硼來改性環氧樹脂。有的研究者把Si-O-Si網絡結構引入到環氧樹脂中，大幅度提高了復合材料的熱穩定性。李因文等人用聚甲基苯基硅氧烷對環氧樹脂進行改性，表明樹脂的固化體的耐熱性得到了大幅度提高。

2.3 納米材料改性環氧樹脂

納米材料的特點是具有很高的表面積和表面活性，可以提高環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，研究僅僅集中在納米材料的表面改性對樹脂性能的影響。有關研究顯示，低于100nm、均勻尺度的納米材料分散在環氧樹脂體系中，會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改良環氧樹脂耐熱性的納米材料。

3 結語

航空航天等高科技領域的發展離不開耐高溫環氧樹脂材料，而且隨著這些領域研究的深入，對環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氧樹脂材料的兩種方法，既存在優勢，也有一定的局限。比如：為了改善環氧樹脂的耐熱性，我們通過環氧樹脂或者固化劑本身引入新的機構，但是這種結構會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單有效的改良環氧樹脂的方法，徹底掌握反應機理和固化物性能以及結構之間存在的關系，并在建立模型的基礎之上，對材料進行全局的預測，開發出更多高性能、工藝簡單的耐高溫環氧樹脂。

參考文獻：

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

[2]周茗萱，潘恒，宋子強，管蓉.耐高溫環氧樹脂膠粘劑的研究進展[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鍵性能分析[J].中國膠粘劑，2015，24（07）：54-58.

[4]童超梅.耐高溫無溶劑型環氧膠粘劑的研制[D].上海：東華大學，2015.

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

[6]郭翔.耐高溫環氧膠粘劑及其固化動力學研究[D].上海：東華大學，2014.