環氧樹脂改性方法的研究現狀及進展

環氧樹脂是*類分子中含有兩個以上的環氧基團，在適當條件下能形成三維交聯網絡固化物的化合物總稱。在固化前，環氧樹脂是*種環氧低聚物，而固化後，則會形成*種樹脂網絡結構，且固化後的收縮率較小。[1]環氧樹脂具有比*度大、比剛度高和可設計性*等優點，其中，雙酚A型環氧樹脂具有良好的絕緣性能、黏合能力和耐高溫性能，[2]已被廣泛應用於航空航天領域。
　　但由於環氧樹脂中含有羥基等*性基團，大部分環氧樹脂存在耐高溫性能差，玻璃化轉變溫度低等缺點，如在高於70℃的環境中，普通環氧樹脂材料的機械性能會下降，且某些耐高溫環氧樹脂的使用溫度*般也不能*過130℃。[3]
　　近年來，隨著對環氧樹脂基複合材料研究的不斷深入，其機械性能有所優化，在航空航天領域的應用也逐漸增多，但相應地，越加苛刻的使用條件對其性能的要求也在不斷提高。由於航空航天材料應用領域的特殊性，除了必須具備的機械性能外，對其耐高溫性能的要求也十分苛刻。因此，通過環氧樹脂改性，提高其高溫力學性能是*個重要的研究方向。
　　二、環氧樹脂改性的方法
　　目前，對環氧樹脂改性的研究主要有兩個方向。[4]*是開發新的環氧樹脂聚合物或固化劑，如導入新的官能團、苯環等結構;二是與耐熱聚合物、填料共混共聚，如熱塑性聚合物、有機矽等。此外，通過增大環氧樹脂的交聯度、形成互穿聚合物網絡等方法也可以提高環氧樹脂的耐熱性目前，國內外對環氧樹脂改性的研究已取得了大量研究成果。其中，將具有較高玻璃化轉變溫度的聚合物與環氧樹脂進行共聚、共混是提高環氧樹脂耐熱性能的*種重要方法。共聚是利用改性材料分子中的活性基團與環氧樹脂中的環氧基、羥基進行反應生成接枝或共聚物，從而在固化體係中引入穩定的耐熱結構。用於EP改性的常見聚合物有聚氨酯（PU）、聚酰亞胺（PI）、雙馬來酰亞胺（BMI）、聚醚酮、聚碸（PSF）和聚酯等。[5]而共混則是將改性材料與環氧樹脂進行物理混合，形成新的交叉網絡，從而得到具有較優綜合性能的體係，以提高環氧樹脂的耐熱性能和機械性能。
　　武楊等人[5]使用雙馬來酰胺（BMI）作為改性劑，使用4，4耐熱二氨基二苯甲烷（DDM）作為固化劑，對環氧樹脂進行改性，通過EP：DDM=1：1和EP：BMI=1：0.4的配比，改性後環氧樹脂的熱分解溫度上升15.2℃。呂曉雷等人[6]采用酚酞基聚芳醚酮改性環氧樹脂，改性後環氧樹脂的韌性和耐熱性能都有所提升，玻璃化轉變溫度由150℃提高到193℃。Ashok Kumar等人[7]在環氧樹脂中加入不同質量分數的BMI進行改性，實驗發現，當BMI的質量分數達到15%時，改性環氧樹脂的玻璃化轉變溫度提高到182℃。許虹宇等人[8]通過加入酚醛樹脂對EP進行改性，由於酚醛樹脂中含有大量的苯環，可以顯著提高EP的耐熱性能，經過改性後的環氧樹脂可以在200℃的環境下正常使用。
　　袁莉等人[9]通過使用偶聯劑（KH-550）預處理的硼酸鋁晶須對環氧樹脂進行改性，並以4，5-環氧環己烷-1，2-二甲酸二縮水甘油酯（TDE-85）和甲基納狄克酸酐（MNA）為基體，采用澆注成型工藝製備晶須環氧樹脂複合材料，當添加晶須的質量分數為15%時，體係的綜合性能較好，熱變形溫度提高了22℃。屈澤華等人[10]用二甲基矽氧烷對EP進行改性，發現當二甲基矽氧烷的質量分數為10%時，改性產物的力學性能*好，且產物的熱分解溫度從528.4℃提高到631.5℃。Mimura[11]利用聚醚碸樹脂改性EP，使兩者形成*種半互穿聚合物網絡結構，增*了網絡結構密度，將EP的玻璃化轉變溫度提高20℃。
　　三、結語
　　通過與耐熱聚合物、填料進行共聚、共混，改變固化劑種類等方法對環氧樹脂進行改性，都可以顯著提高其玻璃化轉變溫度和耐熱性能。然而，在材料的使用過程中，尤其在航空航天領域，不能僅關注其耐熱性能，還需考慮材料的機械性能。對於改性環氧樹脂，其內部結構是否發生了變化，在高溫環境下是否會具有*好的力學性能往往都是未知的，未來需要針對改性後的環氧樹脂在高溫環境下的力學性能進行*多的測試，進行*深入的研究。