摘要：分析了自制的雙酚F型環氧樹脂固化物的力學性能,討論了雙酚A型環氧樹脂共混體系的性能.展望了雙酚F型環氧樹脂的應用前景。
    關鍵詞：雙酚F;、環氧樹脂。
    中圖分類號:TQ323.5；文獻標識碼:A；文章編號:1002-7432(2001)04-0001-02。

    1、前言
    雙酚A型環氧樹脂自40年代問世以來，因其優良的電絕緣性、耐熱性、耐腐蝕、粘接性及其固化物和復合材料的良好機械性能，被廣泛應用于航天、航空領域和汽車、造船、機電氣、化工等民用行業中，在國民經濟中占有重要的地位。對環氧樹脂為主的熱固性聚合物復合材料使用性能要求，一是要提高其使用溫度，二是要提高其沖擊后壓縮強度CAI值(compression after impact)。這兩方面的性能，對其分子結構的要求是矛盾的：提高耐熱性則要求引入剛性基因，而引入這些基因卻不利于CAI值的提高。工藝性能上要求降低其粘度，以利于浸漬，滿足特殊工藝如RTM等的要求，利用活性稀釋劑和低粘度固化劑可以達到降低配方體系粘度的目的，但活性稀釋劑的使用會在一頂程度上降低固化產物的機械性能和熱性能，而降低粘度液態固化劑的選擇有限。因此，研制新型結構的低粘度環氧樹脂是改進其工藝性能的一個重要途徑。
    雙酚F環氧樹脂是近年來發展的一個新品種，它是由雙酚F和環氧氯丙烷縮合而成。雙酚F型液態環氧樹脂具有較低的粘度，其固化物具有較好的綜合性能。目前國外著名的環氧樹脂制造公司幾乎都有該類產品，表1給出了國外主要公司生產的該類環氧樹脂的主要品種。 
                        表1 國外雙酚F型環氧樹脂制造公司和主要品種 

公司	液態樹脂	固態樹脂
Shell	Epikate235	-
Dow	-	D．E．R．642U，672U
Ciba-Geigy	AiaditeXU-GY281，XB-3337	-
大日本油墨	Epiclon830，830-s	-
東都化成	YDF-170，190	YDF-2001，2004，2007

    本文將介紹用自行研制的雙酚F合成的雙酚F型環氧樹脂固化物的性能，同時研究了雙酚F環氧樹脂與雙酚A環氧樹脂共混體系及其固化物的性能和特點，并探討了其應用前景。

    2、液態雙酚F型環氧樹脂的合成，是采用自行研制的雙酚F商購的環氧丙烷縮合而成

    3、液態雙酚F型環氧樹脂的性能
    1. 分子結構特征
    雙酚F環氧樹脂室溫下具有較低的粘度，與雙酚A型環氧樹脂鏈段中的異丙撐相比，雙酚A型環氧樹脂鏈段中的甲撐基因有更大的旋轉性，剛性較低，此外，因為雙酚F中存在三酚、四酚化合物及少量的五酚化合物，相應的環氧樹脂中存在三、四、五環氧基的化合物，在某種程度上能降低環氧樹脂整體的規整性。
    2. 雙酚F型環氧樹脂及其固化物的性能
    為了易于與雙酚A環氧樹脂性能進行對比，同時測定了雙酚F環氧樹脂和商購的E-51雙酚A環氧樹脂及其固化物的性能，列于表2。從表中可以看出，雙酚F環氧樹脂其固化物的力學性能比雙酚A型稍高，而粘度卻比后者低，其他性能相差無幾。
                   表2 雙酚F環氧樹脂和雙酚A環氧樹脂及其固化物的性能比較 

樹脂	環氧值mol/100g	25℃粘度（Pa.s）	ω（二乙烯三胺%）	固化溫度℃	固化度%	拉伸強度MPa	彎曲強度MPa	吸水率%
雙酚F	0.576	3.0	15	90	90	51.4	105	0.39
雙酚A(E-51）	0.542	12.0	15	90	91	45.9	101	0.45
固化條件：90℃/3h

    4、雙酚F型環氧樹脂對與雙酚A環氧樹脂共體系性能的影響
    眾所周知，共混高聚物可以用兩類方法制備：物理共混和化學共混。物理共混包括機械共混、溶液澆鑄共混和乳液共混等；化學共混包括溶液接枝和溶脹聚合等。研究新型的高聚物是開發新材料的一種途徑，利用新的高聚物與已有的高聚物共混復合效應，制備綜合性能比其中任一個單組分優異的材料體系，也是開發新型材料的一個重要而有效的途徑。
    在本研究中，利用雙酚F型環氧樹脂低粘度的特性，對雙酚A型環氧樹脂進行共混改性，取得了非常明顯的效果。在工程實踐中，為了降低通用的雙酚A型環氧樹脂的粘度，常常在體系中加入活性稀釋劑改善其工藝性能，但活性稀釋劑在一頂程度上降低了固化產物的機械性能和熱性能。在研究過程中，我們將雙酚F型環氧樹脂與雙酚A型環氧樹脂進行物理共混改性，這樣可明顯降低雙酚A型環氧樹脂的粘度。實驗結果表明：雙酚F型環氧樹脂對雙酚A型環氧樹脂的稀釋作用相當明顯，在共混樹脂體系中，雙酚F型環氧樹脂的質量分數只需達到20%左右，則混合樹脂體系的粘度降到雙酚A型環氧樹脂粘度的1/2左右。同時也可以表明，通過調整雙酚F型環氧樹脂的質量體系，可以制備出不同粘度的共混環氧樹脂體系。雙酚F型環氧樹脂的開發應用能大大括寬雙酚A環氧樹脂的應用范圍。
    雙酚F型和雙酚A型環氧樹脂的共混產生的效應，降低了混合環氧樹脂的粘度，大大提高了環氧樹脂的的工藝性能。同時在共混體系中，雙酚F的低空間位阻和雙酚A的異丙撐基因高空間位阻的復合，可使固化產物的交聯密度提高，固化物本身的密度也能提高。這表現在宏觀性能上，將會使共混環氧樹脂固化物獲得較好的力學性能和較低的吸水率。表3為雙酚F環氧樹脂質量分數對固化物力學性能及吸水率的影響。
                        表3 雙酚F環氧樹脂質量分數對固化物性能的影響 

ω（雙酚F環氧樹脂）%	拉伸強度MPa	彎曲強度MPa	吸水率%
0	45.9	105	0.45
20	57.6	120	0.34
40	63.2	151	0.33
60	64.0	160	0.39
80	55.6	117	0.39
100	51.4	101	-
ω（二乙烯三胺）=15%；固化條件：90℃/3h

    表3的實驗結果表明，雙酚A型和雙酚F型環氧樹脂共混改性大大改善了通用型環氧樹脂固化物的綜合性能，當雙酚F的質量分數在40%∽60%時，其共混的復合效應佳：拉伸強度、彎曲強度、吸水率達到佳值。

    5、展望
    綜上所述，雙酚F型環氧樹脂粘度低，工藝性能好，其固化物力學性能好，吸水率低。通過對雙酚A型環氧樹脂中加入雙酚F型環氧樹脂，不但降低了體系的粘度，改善了雙酚A型環氧樹脂的工藝性能，同時由于共混改性和復合效應的作用，固化物的綜合性能可以得到明顯的提高。因此雙酚F型環氧樹脂的開發應用大大拓寬了雙酚A型環氧樹脂的應用范圍。
    雙酚F型環氧樹脂可應用于無溶劑固體涂料、鑄塑及澆鑄成型材料、層壓材料等要求液態粘度低的領域。由于雙酚F型環氧樹脂或雙酚F型和雙酚A型共混環氧樹脂具有良好的耐熱性、耐水性和電學性能，還可用于變壓器等的澆鑄及灌封材料、半導體用密封料、半導體導電膠等領域。雙酚F型環氧樹脂的開發應用，將會給我國的軍民兩用復合材料和相關的應用帶來積極的影響。

(作者：國防科技大學航天與材料工程學院材料工程與應用化學系  俞計華、盤毅、胡蕓、時恩學  410073）