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行业动态

环氧树脂改性技术研究进展

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2016/6/27     浏览次数:    

环氧树脂是一类重要的热固性树脂,是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂。环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用[1] 。常见的环氧树脂主要有2种类型,一是双酚A缩水甘油醚型环氧树脂。通常被称为双酚A环氧树脂,占环氧树脂总产量的90% ,可由羟基苯基丙烷(双酚A) 与环氧氯丙烷在碱存在下聚合而得;另一是高官能度环氧树脂(分子中具有2个以上环氧基) 。它可由线型酚醛树脂和环氧氯丙烷聚合得到,也可由二氨基二苯甲烷或二胺基二苯醚与环氧氯丙烷缩合得到。

环氧树脂固化后交联密度高,存在内应力大、质脆,耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差等缺点,在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用。近年来,结构粘接材料、封装材料、纤维增强材料、层压板、集成电路等方面要求环氧树脂材料具有更好的综合性能,如韧性好、内部应力低、耐热性、耐水性、耐化学药品性优良等,所以对环氧树脂的改性已成为一个研究热点 。

1、环氧树脂的增韧改性

为了增加环氧树脂的韧性,最初人们采用的方法是加入一些增塑剂、增柔剂,但这些低分子物质会大大降低材料的耐热性、硬度、模量及电性能。从20世纪60年代开始,国内外普遍开展了环氧树脂增韧改性的研究工作,以期在热性能、模量及电性能下降不太大的情况下提高环氧树脂的韧性。

2、环氧树脂其他性能的改进

2. 1 绝缘性

有机硅树脂具有绝缘、低温柔韧性、低表面能、耐热、耐候、憎水等优点,用其改性环氧树脂,既能增加介电性能,又能增加韧性,降低内应力和提高耐高温性能。但它与环氧树脂相容性差,因此,一般使用带有活性官能团的有机硅树脂改性环氧树脂。聚二甲基硅氧烷具有卓越的柔性与独特的低表面能,是改性环氧树脂的理想材料,但两者不相混溶,通过在聚二甲基硅氧烷分子链上引入能与环氧树脂的环氧基反应的官能团如羟基、羧基、氨基等基团是改进二者相容性的一条重要途径[11] 。聚酯树脂是一种性能优良的工程塑料,具有良好的耐热性能、力学性能、电绝缘性能,用它共混改性环氧树脂,可使体系具有优良的绝缘性,同时又获得较高的弹性模量。

2. 2耐湿热性

要提高环氧树脂复合材料的耐湿热性能,就要减少树脂基体分子结构中的极性基团,使树脂基体与水的相互作用降低,从而降低树脂基体的吸水率;同时优化复合材料的成型工艺,减少复合材料在成型过程中产生的微孔、微裂纹、自由体积等也能提高其耐湿热性能。用含有端胺基的苯胺二苯醚树脂作固化剂改性环氧树脂,得到的复合材料在空气气氛中的初始分解温度为305 ℃, 表观分解温度为308 ℃,温度指数为189 。此外,增大环氧树脂交联度、加入耐热聚合物及形成互穿聚合物网络等也可提高环氧树脂的耐湿热性。

2. 3阻燃性

环氧树脂复合材料具有优良的电气绝缘性能及物理力学性能,然而其氧指数只有19. 5 左右,有必要对其进行阻燃改性。Al2O3 •3H2O (ATH) 是环氧树脂的常用阻燃剂,阻燃机理如下:ATH 在热分解方面与树脂复合材料有阻燃匹配性,并能以零级反应失去结构水,失水后形成的活性氧化铝提高了树脂复合材料的阻燃能力,同时ATH 增大了树脂复合材料在裂解过程中脱去碳外元素,以及在稠环反应条件下的失重残留物量,具有提高树脂复合材料热分解时生成难燃焦炭的能力,发挥凝聚相阻燃作用,具有较好的阻燃效果。此外,还可以通过简单的失水、移热、隔氧等方式发挥阻燃作用。加入质量分数44.2 %的ATH 时,体系的氧指数可达28. 2 ,而加同样多的Al2O3和硅粉的氧指数分别仅为22.5和22.6 。赤磷(P)和ATH 配合能提高环氧树脂的阻燃效果,其中P按凝聚相机理,ATH 按气相和凝聚相机理发挥阻燃作用,二者配合使用可通过降低环氧树脂复合材料的失水温度,促进失水物炭化,抑制赤磷燃烧等方式来发挥凝聚阻燃协同效应。

3、展望

随着电气、电子材料及复合材料的飞速发展,对环氧树脂的特性要求越来越高,环氧树脂改性研究使环氧树脂在性能优化、应用方面产生了质的飞跃,环氧树脂正由通用型产品向高功能性、高附加值产品系列方向转化。这种发展趋势使得对其改性机理的研究日益深入,并为寻找新的改性方法提供了理论依据,因此新的改性方法及技术将会不断出现。

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