正如材料领域公知的真理——材料的结构决定其性质一样,EP拥有众多优异的性质是因为其微观组成中拥有独特的官能结构(-O-、-OH等)。其主要特点有:
(1)与涂覆底材的依附能力强。在一定物质和条件下交联的产物赋予环氧固化物极高的粘接强度,加之环氧树脂高的内聚强度使环氧树脂的粘接强度特别强,可作为结构胶粘剂。
(2)固化收缩率小。环氧基作为EP的特征基团,在EP的固化的过程其自身的开环反应不会生成分子量低的附加产物,故EP固化收缩率小,通常为l%~2%,远小于不饱和聚酯树脂(4%~6%)、酚醛树脂(8%~10%)和有机硅树脂(4%~8%)等其他常用树脂。
(3)力学性能高:EP微观结构排列致密,其分子间的相互作用力很强,这促使其力学性能比其他常用的热固性树脂优异。
(4)电气性能优良。在热固性树脂中环氧树脂的电气性能优异。
(5)化学稳定性好。
(6)使用范围大、对其改性比较容易。许多树脂和其他物质与EP有很好的相容性,在一定条件下可以与EP上的部分基团发生反应从而在保证EP性质的基础上赋予改性体其他方面的特殊性能。在当今社会生产生活和各个行业中,EP的应用范围极广,其改良种类琳琅满目、性能也稂莠不齐。
1。3 环氧树脂的改性现状
环氧树脂广泛应用于涂料、胶粘剂、复合材料树脂基体。EP使用范围虽广,但是未改性的EP不仅粘度大,流动性差,醚键的亚甲基易受光氧化、光稳定性差。固化后交联密度高,存在内应力大、质脆等缺点。此外,环氧树脂拥有众多优点的同时也有其无法避免的缺点,如其耐湿热性、耐开裂性较差、耐冲击性、耐疲劳性和耐热性不好。这使EP在使用过程中不能满足特殊行业以及随着社会的发展而涌现出其他应用环氧树脂行业的苛刻要求,也限制了环氧树脂在某些高技术领域的应用特别是制约了环氧树脂不能很好的用于结构材料等类型的复合材料。故而通过添加热塑性物质共聚或者向环氧基体中加入拥有特殊性能的颜填料实现对环氧树脂应对不同行业需求的性质改善,显得十分迫切和必要。如何掌握和加强对EP改性机理和方法的设计,以满足使用要求,一直是人们研究的热点与重点[4]。
目前研究领域内对环氧树脂的改性主要包括以下几个方面:
1。 橡胶弹性体增韧环氧树脂[5-8]。橡胶弹性体中的活性端基(如氨基、羧基、羟基等)与EP中的活性基团(如羟基、环氧基等)反应形成嵌段[9]。固化时,弹性链段从环氧基体中析出,形成两相结构。一般情况下,用橡胶弹性体增韧EP,至少需要具备两个条件[10]:其一是在改性交联前,EP与橡胶必须保持比较好的相容性,故改性环氧的橡胶分子量不宜太大;二是在交联反应后,橡胶可以很好地析出来从而形成两相结构,故橡胶分子中反应点之间的分子量不宜过小。此外,若想产生牢固的化学交联,橡胶应能和环氧树脂发生化学反应。橡胶作为分散相,通常呈球形颗粒状并且分散在EP基体中。当受到外力作用时,橡胶颗粒从橡胶基体中脱离,亦或是材料在使用过程中达到屈服强度而断裂后所形成的疏松孔导致的形变,可以在很大程度上提高EP的韧性,而橡胶相在断裂过程中的耗能占次要地位[11]。橡胶弹性体增韧EP成功与否的关键,在于正确控制橡胶在EP体系中的相分离过程。
2。 热塑性树脂改性环氧树脂。如前所述,用橡胶弹性体改性环氧树脂,可以在很大程度上提高EP的韧性。但是使用这种方法改性环氧树脂时,通常会使改性产物的耐热性、玻璃化转变温度和弹性模量降低,还会使复合材料层与层之间的剪切强度降低,即利用橡胶体增韧是以牺牲刚度和耐热性为代价的,这也限制了改性产物在高温下的使用。上个世纪后期,善于思考的科学研究者又将寻求改性环氧树脂物质的目光投向了高模量、耐热性好的热塑性树脂。热塑性树脂可以显著提高环氧基体的韧性而不改变环氧的固有特性。这些热塑性树脂主要通过热熔或者以溶液的方式掺混入EP,并且热塑性树脂物增韧EP在过去10多年里已获得商业应用。比如,M。Itxaso等[12]用环氧树脂和芳香二元胺及丙交酯(PLLA)制备了热固性/热塑性混合体系。利用了DSC、OM以及SEM研究不同组分的PLLA对相分离过程和最终混合物形态的影响。实验中使用DDM作为固化剂研究了140 ℃下半晶质的PLLA的相分离行为和形态。研究表明所有浓度的混合物在反应起始都是均一的,然而随着固化过程的进行,体系分子量增加,混合物的熵值会降低并且伴随相分离的发生,这个过程也被称为反应诱导相分离过程(RIPS),相分离体系最终产物的形态也受反应速率、混合组分的化学本性以及固化温度的影响。文献综述