高性能环氧树脂的研究与分析
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摘要：环氧树脂是一种从液态到粘稠态、固态多种形态的物质。它几乎没有单独的使用价值，只有和固化剂反应生成三维网状结构的不溶不熔聚合物才有应用价值，因此环氧树脂属于热固性树脂。属于网络聚合物范畴。
关键词：高性能环氧树脂耐热
中图分类号：Q946.86 文献标识码：A 文章编号：
1.前言
环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族有机化合物为骨骼并通过环氧基团反应能形成有用的热固性产物的高分子低聚体。当聚合度n为零时，称之为多官能环氧化合物，简称环氧化合物。某些相对低分子质量母体树脂和共固化产物虽然不完全满足严格的定义也都称之为环氧树脂。某些环氧化合物因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地称为环氧树脂。
上述定义不包括单环氧基化合物，虽然它们能够均聚成高分子量物质并形成热固性化合物，但通常不称之为环氧树脂。同样，也不包括环氧天然油及其相关品种。这些环氧化物基本上用作聚氯乙烯等树脂的稳定剂和增塑剂。虽然它们也含有两个或者两个以上的环氧基，但在环氧树脂通用的固化条件不能充分反应得到有用的热固化产物。
在欧洲，环氧树脂被称之为环氧化合物树脂。依据它们的化学性质，其分类为：环氧化聚烯烃；过醋酸环氧树脂；环氧烯烃聚合物；环氧氯丙烷树脂；双酚A树脂；环氧氯丙烷-双酚A缩聚物；双环氧氯丙烷树脂以及2`2双（对羟苯基）丙烷二缩水甘油醚。
高性能环氧树脂表现在它的高纯度化、高耐热性、高耐水性、高强度、高韧性、低应力、高电气特性、快速固化、低粘度、高阻燃性和功能化等。而且，要求这些特性具有良好的均衡性，多种优良特性同时兼备。
2.反应型共混改性、链接反应改性环氧树脂体系
聚合物共混改性能形成由微相分离而形成的连续相包裹的微粒海岛结构，可获得最佳改性效果。但是性能各异的聚合物之间相容性差异较大，其微相分离结构式极不均匀的，因而性能的均匀性、可靠性差。采用反应型共混改性或分子之间链接的方法可较好的解决结构性能的均匀性。这种方法可使性能各异的不同分子之间或链接之间具有良好的相容性。若采用聚氨酯改性环氧，当PU质量分数为70%左右时，性能较明显的海岛结构，且微相区分布均匀，因而这种方法发展很快。
2.1 PPO/环氧树脂体系的性能
虽然PPO/环氧树脂共混体系的拉伸强度和模量的变化幅度很窄，但当PPO用量较大致使其成为连续相时，体系的韧性却有较大幅度的提高，特别是其断裂性能改善非常明显。PPO/环氧树脂体系的电性能比环氧树脂要有明显的改善，介电常数随着PPO用量的增加而呈直线下降趋势。除此之外，在良好的界面作用存在的情况下，PPO/环氧树脂体系的耐热性也较环氧树脂有较大幅度的提高。
由于PPO的加入，使常用的溴化环氧树脂体系的耐热性得到了大幅度的改善，玻璃化转变温度从原来的125～135℃提高到了180～200℃；体系的电性能也得到了大幅度的改善，介电常数可以达到4.0以下，节电损耗<0.01；PPO的引入，提高了体系与铜箔的剥离强度，阻燃性较佳。同时也改善了PPO作为CCL基材时所存在的缺陷，因此可以认为，该体系有望成为CCL的理想基材。
2.2氰基酸（CE）树脂/环氧树脂共混物的化学性能
氰基酸（CE）树脂是20世纪70年代末发展起来的一类高性能热固性树脂。CE树脂由于具有特殊的反应特性和结构特性，其固化物具有一系列优点，如高耐热、高强度、优异的节电性能、与金属极好的粘接性能及耐燃性等。CE树脂主要应用在电子工业的印刷线路板基板和航空航天结构复合材料。同时，CE树脂也具有一些自身难以克服的缺点，如固化物韧性不足、价格较高等。因此，与其他聚合物复合改性以提高其性能/价格比及改善某些性能。与环氧树脂共混是CE树脂最主要的改性的方法。如今，大多数商品化的CE预浸料树脂都是CE/EP树脂的共混物。与EP树脂共混不仅可以提高树脂的性能/价格比，使得CE/EP共混物的某些性能比CE和EP的均聚物都要优异。
2.3活性聚氨酯单体改性环氧-有机硅树脂
环氧-有机硅树脂是一种新型改性环氧树脂，是以环氧树脂为骨架，将有机硅接枝到环氧树脂链端的改性树脂。有机硅链段的接枝改善了环氧树脂的疏水性、耐侯性以及耐高低温性能；但同时降低了环氧树脂与金属基体附着性强的特征，也破坏了其室温可固化性。采用活性聚氨酯单体TDI改性环氧-有机硅树脂则可以获得改性后成膜性以及成膜后的附着力、耐腐蚀性等性能都得到明显改善的树脂。
3.耐热性环氧树脂
飞机或火箭的头部的前端在飞行中和空气剧烈摩擦，其表面温度可达到200～300℃甚至500～2000℃，接近壳体表面的部分就需要使用耐高温材料。各种机动车辆的离合器摩擦片、制动带则需要可以再250～350℃内使用的结构胶。因此耐高温材料迅速发展。
3.1耐热环氧树脂的基本概念及其制备方法
需要使用“耐热性”或“热稳定性”两个术语描述聚合物材料的高温性能。这是因为将聚合物加热时，一般会发生某些物理变化（变形、软化、熔融、流动）及化学变化（分子链断裂、交联、氧化、产生气体、质量变化）。相应于上述各种变化，可将聚合物的耐热性分为两类：a.物理耐热性（即一般所说的耐热性），以在确定载荷下聚合物力学性能降低的温度极限表示，包括玻璃化转变温度、热变性温度（维卡耐热温度、马丁耐热温度等）和流动温度（熔点）；b.化学耐热性（即热稳定性）以发生影响聚合物各种特征的化学变化的温度极限表示，包括热分解温度和热分解残留物以及热氧稳定性。
提高环氧树脂耐热性的方法如下：
a.合成具有耐热性骨架或可以提高交联密度的多官能环氧树脂，如萘系环氧树脂、联苯系环氧树脂、芴系环氧树脂、稠环系环氧树脂、酰亚胺类环氧树脂、三嗪结构类环氧树脂、聚异氰尿酸酯恶唑烷酮类环氧树脂、三聚氰尿酸酯类环氧树脂、芳杂环系环氧树脂、氮杂萘酮系环氧树脂、二苯醚系环氧树脂、苯二苄撑酚醛系环氧树脂、双酚硫系环氧树脂、三官能、四官能或多官能缩水甘油醚、缩水甘油胺、缩水甘油酯系环氧树脂、双环戊二烯系、过醋酸氧化甲基四氢苯酐二缩水甘油酯系脂肪族耐温环氧树脂等新型环氧树脂。
b.合成具有上述新型环氧树脂基本结构单元的胺类、酚类、酚醛类、醚胺类或高位阻型固化剂。
c.用具有上述新型环氧树脂基本结构单元的热塑性热固性聚合物共混、链接改性普通环氧树脂。
d.由多种环氧树脂、固化剂、无机微粉、纳米改性剂、硼、硅有机化合物或聚合物配置复合组成物。
4.结束语
综上所述环氧树脂是当今工业生产中重要的组成部分。环氧树脂具有优良的物理力学性能、电绝缘性能、耐药性和粘接性能，可以应用到很多领域，渗透到从日常生活用品到高新技术领域的国民经济的各个方面。
作者简介：董杰涛，男，1977，内蒙古赤峰人，大学本科，工程师，研究方向：复合材料
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