環氧樹脂增韌途徑與機理(三)“互穿”

    國內外對環氧樹脂的互穿網絡聚合物體系進行了大量的研究,其中包括:環氧樹脂-丙烯酸酯體系、環氧樹脂一聚氨酯體系、環氧樹脂一酚醛樹脂體系和環氧樹脂一聚苯硫醚體系等,增韌效果滿意。據環氧樹脂行業協會專家介紹,這主要表現在環氧樹脂增韌后,不但沖擊強度提高,而且拉伸強度不降低或略有提高,這是一般增韌技術無法做到的。
    三、互穿網絡聚合物增韌環氧樹脂

    1、互穿網絡聚合物增韌改性方法
    于浩等對同步法制造的環氧樹脂/聚氨酯(EP/PUR)IPN進行了研究,發現EP/PUR配比(質量比)在90/10時,IPN體系剪切強度、拉伸強度出現極大值,耐沖擊強度在質量比為95/5時高。并對不同聚合物組成對IPN性能的影響進行了考察,認為雙酚A型環氧樹脂形成的EP/PUR性能佳,其熱穩定性比EP和PUR都高。
    劉競超等研究了用原位聚合法制備剛性PU來改性環氧樹脂。當固化體系中剛性PU用量不大時,剛性分子能以分子水平均勻分散于環氧基體中形成分子復合材料,整個體系類似于半一互穿網絡,這些剛性分子能對基體起到增強作用,提高基體拉伸強度,同時又能阻止裂紋而增大基體的韌性。
    聞荻江等用同步法合成聚丙烯酸正丁酯/環氧樹脂(PnBA/EP),與純環氧樹脂相比使用不同固化劑,其沖擊強度可提高20%~200%,據環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家介紹,當加入10%PnBA時其彎曲強度和模量都有所提高且撓度增加,IPN試件耐熱性能有所下降,見表。
PEP/PnBA IPN組分比改變對力學性能的影響 
PEP/PnBA  拉伸強度/MPa   沖擊強度/(kJ?m-2)  斷裂伸長率/%  彎曲破壞應力/MPa
100/0      44.31          5.78                2.5          65.63
90/10      50.52          5.38                3.9          87.08
70/30      26.51          6.27                5.2          45.10
    陳麒等以雙官能用環氧樹脂和雙酚A為聚合單體,制備高分子質量苯氧樹脂,10%的苯氧樹脂加入E-44中,固化試樣沖擊強度提高63.2%,Tg提高32%。SEM分析,增韌的苯氧樹脂連續貫穿于環氧樹脂的交聯網絡中,由于這種串結的結果,導致其體系受到沖擊時斷裂形變提高,從而使其韌性增加。
    2、IPN增韌機理
    互穿網絡聚合物是由2種或2種以上交聯網狀聚合物相互貫穿,纏結形成的聚合物混合物,其特點足1種材料無規則地貫穿到另1種材料中去,起著“強迫包容”和“協同效應”的作用。環氧樹脂行業協會專家表示,影響IPN性能的主要因素有網絡的互穿程度、組分比、交聯程度,全互穿IPN明顯高于半互穿IPN的性能[1]。IPN的橡膠相組分過大,拉伸強度、剪切強度、彎曲強度都急劇降低,增韌效果也差。適當的交聯都可獲得佳力學性能,不但韌性大幅度提高,而且拉伸強度也有所提高。但交聯含量過高,對提高固化物韌性不利,因為網絡鏈太短,不利于外力作用下的應變,吸收沖擊能減小。