增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能影響研究

楊永梅

天津市合成材料工業(yè)研究所有限公司 天津 300220

環(huán)氧樹脂憑借其較好的耐腐蝕性能、較好的加工性能和價(jià)格優(yōu)勢，作為適用面較廣的熱固性樹脂，被廣泛應(yīng)用于電子、建材、機(jī)械、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域[1]。在環(huán)氧樹脂的應(yīng)用中，如何降低固化物脆性，減少固化成型時(shí)因收縮應(yīng)力而產(chǎn)生的開裂、微裂紋，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加應(yīng)用可靠性的關(guān)鍵。為了使環(huán)氧樹脂產(chǎn)品滿足使用達(dá)到應(yīng)用效果，解決存在的技術(shù)難題，提高環(huán)氧樹脂的沖擊韌性，需要對環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌改性處理，以達(dá)到以提高環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的目的。

1 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用

環(huán)氧樹脂是一種重要的高分子聚合物，近年來，環(huán)氧樹脂憑借其優(yōu)良的黏結(jié)強(qiáng)度、電絕緣性、耐熱耐腐蝕等性能，應(yīng)用范圍得到迅速發(fā)展，主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域：

（1）用于電子器件和電路板的一種新型材料，被廣泛用于半導(dǎo)體電子元器件的封裝以及電路板的印制。

（2）用于配制高強(qiáng)度環(huán)氧膠粘劑。以環(huán)氧樹脂為主，添加胺類或酸酐類固化劑、增韌劑以及其他輔助材料，使其膠粘劑具有優(yōu)良的黏附力和黏結(jié)強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于航空航天以及電子等領(lǐng)域中金屬與非金屬材料的黏結(jié)。

（3）作為制備涂料的主要原料。使涂料與固化劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)生產(chǎn)具有優(yōu)異性能的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，被廣泛用于建筑涂料、家具底層涂料以及電器絕緣涂料等。

2 增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能影響的研究

2.1 增韌劑的種類及增韌原理

（1）橡膠彈性體

目前常用的橡膠彈性體主要有液體活性端橡膠（端羧基丁腈橡膠、端羥基丁腈橡膠），有機(jī)硅彈性體，聚氨酯等。主要增韌原理是利用橡膠粒子應(yīng)力誘發(fā)橡膠粒子間基體樹脂的局部剪切屈服，減少應(yīng)力集中造成的斷裂[2]。

（2）殼核聚合物

目前常用的殼核聚合物主要有聚己二酸丁二醇酯/聚苯乙烯（PBA/PS）、聚己二酸丁二醇酯/聚甲基丙烯酸甲酯（PBA/PMMA）等。主要增韌原理是通過控制粒子尺寸來改變聚合物組分來達(dá)到減小基體的內(nèi)應(yīng)力從而阻止斷裂。

（3）高韌性塑料共混

目前常用的高韌性塑料共混主要有聚苯烯/聚酰胺、聚苯烯/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物等。主要增韌原理是利用高韌性塑料共混產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)阻止環(huán)氧樹脂斷裂韌性。

2.2 增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響

（1）不同種類的增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響

加入量為10%的不同種類增韌劑對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，將固化后的改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試，測試不同種類增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響，具體力學(xué)性能變化如表1.1所示。

由表可知，增韌劑的加入有效提高了環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能，綜合三種不同種類的增韌劑力學(xué)性能結(jié)果可知，液體端羧基丁腈橡膠改性后環(huán)氧樹脂拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的力學(xué)性能提高相對比較明顯，沖擊強(qiáng)度稍差。為了同時(shí)獲得韌性好且剛性高的增韌環(huán)氧樹脂，復(fù)合增韌劑能夠使得加入量較少的情況下兼顧到各種力學(xué)性能優(yōu)異。

表1 .1 不同種類增韌劑改性后環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能

（2）復(fù)合增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響

以液體端羧基丁腈橡膠/黏土作為復(fù)合增韌劑，液體端羧基丁腈橡膠加入量為10%，調(diào)節(jié)黏土加入量對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，將固化后的改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試，測試復(fù)合增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響，具體力學(xué)性能變化如表1.2所示。

表1 .2 不同黏土加入量的復(fù)合增韌劑改性后環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能

由表1.1和1.2的結(jié)果可知，只用液體端羧基丁腈橡膠作為增韌劑進(jìn)行增韌時(shí)，改性后的環(huán)氧樹脂雖然沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度提高，但斷裂伸長率有所下降。用液體端羧基丁腈橡膠/黏土復(fù)合增韌劑共同增韌時(shí)，在沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度提高的同時(shí)斷裂伸長率也有所提高。因此，液體端羧基丁腈橡膠/黏土復(fù)合增韌劑能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)提高環(huán)氧樹脂韌性和剛性，獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂。

3 結(jié)束語

綜上所述，在保證環(huán)氧樹脂固化時(shí)不添加其他組分的前提下，增韌劑的加入有效提高了環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能，通過研究不同種類增韌劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：在使用單一種類增韌劑的情況下，液體端羧基丁腈橡膠增韌劑對環(huán)氧樹脂改性后的力學(xué)性能效果相對較好，但是不能兼顧各種力學(xué)性能都得到提高。在此基礎(chǔ)上，通過對液體端羧基丁腈橡膠加入黏土形成復(fù)合增韌劑，實(shí)現(xiàn)了各種力學(xué)性能同時(shí)提高的效果，獲得綜合力學(xué)性能更佳的環(huán)氧樹脂。