一般液體環氧樹脂外型

環氧樹脂是使用最廣泛的熱固性樹脂之一，具備良好的結構力學性能、熱性能、高的有機化學可靠性、耐蝕性、低縮水率，易加工成形和成本費便宜等優勢，環氧樹脂做為纖維增強復合材質的基材在結構材料中早已獲得廣泛運用；并且因為其優良的粘合性能、耐磨損性能、絕緣性能，被運用在航天航空、膠黏劑、電子電器、材料等行業。但是純的環氧樹脂脂干固后交聯密度高，熱應力大，存有質脆、非常容易裂開、耐沖擊性能差和耐溫性差等缺陷，早已不能滿足這種行業對高性能原材料的規定。因而對環氧樹脂的改性材料增韌一直是相關研究的熱點話題。

一、環氧樹脂的增韌方式

現階段用以環氧樹脂改性材料增韌的具體方式有下列幾類：

1. 橡膠彈性體材料增韌

橡膠類彈性體材料是較早（上世紀60時代）用以增韌環氧樹脂的方式 之一，其工藝較為完善。用以增韌環氧樹脂的橡膠需具有2個基本條件，其一為橡膠與環氧樹脂在凝固前具備相溶性，而且滲透性好；其二為環氧樹脂干固時橡膠可以成功進行析出，呈二相構造。

一般橡膠分子鏈中的活力端基（如羧基、甲基、羥基等）可與環氧樹脂中的活力官能團（如環氧基、甲基等）反映。在環氧樹脂干固過程中，橡膠粒子能從基材中進行析出，以分散介質的方式分散化于持續的環氧樹脂管理體系中，產生“島嶼構造”。

2. 熱塑性塑料增韌

用以增韌的熱塑性塑料有聚醚砜（PES）、聚砜（PSF）、聚醚酰亞胺（PEI）、甲基丙烯酸酯酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯醚（PPO）等，這種熱塑性塑料不但具備良好的延展性，并且應變速率和耐溫性較高，做為增韌劑添加到環氧樹脂中一樣能產生顆粒物分散介質。

熱固性塑料/環氧樹脂共混物的各種各樣物理力學性能不但與環氧樹脂或熱塑性塑料本身的類型相關，而且還遭受共混管理體系相構造的危害。環氧樹脂共混物在縮聚反應誘發相分離的過程中，在一定標準 ** 系會產生雙持續相、反過來轉的相構造，即做為少許成分的熱固性塑料變成管理體系的持續相，而管理體系的結構力學性能及熱電廠性能通常以持續相為主導，因而在具備雙持續相構造或反過來轉相構造的共混物中能取得不錯的增韌結論。

3. 互穿聚合物互聯網（IPN）增韌

互穿聚合物互聯網（IPN）是構成和構形不一樣的均聚物或聚合物互相圍繞，纏結而產生的物理學混合物質，共特點是一種原材料無規律地貫徹到另一種原材料中，促使IPN管理體系中二種成分中間造成“協同作用”，起著“逼迫寬容”功效，進而造成出比一般共混物更為良好的性能。

理想化的IPN應該是徹底相溶的，動態性結構力學性能主要表現出均聚物的特性。當干固反映產生時，原先相互溶的增韌因為不參加反映而被混凝土離析分相出去。分散化的增韌劑顆粒物是環氧樹脂增韌的重要，增韌劑顆粒物直徑一般在幾微米下列。危害IPN性能的主要因素有網上的互穿次序、互穿水平、成分比、化學交聯水平，全互穿IPN顯著高過半互穿IPN的性能。

當原材料遭到破壞時，裂痕的拓展碰到分散介質顆粒物便支系、轉為，進而消耗能量并阻攔裂痕變為縫隙。此外分散介質在原材料承受力時還能具有激發環氧樹脂互聯網分子結構產生趨向、拉申、形變、空洞化和誘發造成銀紋等耗費全過程，進而提升原材料抵御裂痕的拓展力，明顯提高延展性。

4. 熱致液晶顯示屏聚合物增韌

熱致液晶顯示屏聚合物（TLCP）是一種特殊的高性能熱固性塑料聚合物，包含碳鏈型和主鏈型二種，其分子式中富含很多的剛度介晶模塊（脂類、聯苯類、甲基苯乙烯類）和一定量的柔性鏈段，其結構特點決定了它比一般聚合物具備更高的結構力學性能和耐溫性。

運用TLCP增韌環氧樹脂是將液晶顯示屏井然有序構造固定不動在交聯網絡中，既可以顯著提高環氧樹脂的延展性，又能保證干固物具備較好的結構力學性能和耐溫性。一方面，TLCP展現“島嶼”式構造，改進了環氧樹脂持續相的特性，有益于在地應力功效下造成裁切移動帶和微裂痕，松馳裂痕端應力，阻攔裂痕發展趨勢，改善管理體系的延展性；另一方面，TLCP又包括自提高、易趨向這一關鍵特點，在場外功效下，便于原點就地產生顆粒物或微纖，以分散介質的方式存在于環氧基體里，管理體系在地應力功效下，做為分散介質的顆粒物或微纖可引起微裂縫和剪切帶，使管理體系消化吸收很多的斷裂能，進一步提高管理體系的延展性和抗壓強度。

5. 核殼構造粒子（CPS）增韌

核殼構造聚合物（Core-shell latex Polymer）是由二種或兩類之上單個根據溶液聚合而得到一類聚合物復合型粒子。粒子內部結構和外面各自聚集不一樣成分，表明出特殊的兩層或雙層構造，核與殼各自具備不一樣作用，其核為橡膠，授予產品拉申性能；殼為具備較高熱膨脹系數的塑膠，主要功能是使顆粒互相防護推動在基材中的分散化及提升與基礎環氧樹脂間的相互影響。

根據操縱粒子規格及更改核及殼的成份和核殼的不一樣組成，能夠獲得一系列性能不一樣的CSP，環氧樹脂能夠取得明顯增韌實際效果。

6. 剛度納米技術粒子增韌

納米技術粒子具備納米技術規格效用、巨大的比表面和強的界面功效，與環氧樹脂分子鏈產生物理學或有機化學融合的時機多，產生較為理想的遠高于分子間作用力的相互作用力，及其結合強度適度的頁面，進而造成粒子吸收能量和引起微裂縫的功效，使銀紋在環氧樹脂中拓展時遭受剛度粒子的氧化和阻攔而停滯不前，防止毀滅性裂開，進而完成環氧樹脂的增韌。

7. 柔性鏈段環氧固化劑增韌

帶有柔性鏈段的生物大分子環氧固化劑增韌環氧樹脂，其柔性鏈段能引線鍵合到高密度的環氧樹脂交聯網絡中，并在干固過程中造成外部經濟相分離，產生密切、松散兩色的二相網絡架構，進而毀壞干固互聯網的均勻性。這類網絡架構有益于地應力的分散化，能使原材料內部結構造成塑性形變，改進環氧樹脂的延展性。

歸納而言，用以環氧樹脂增韌方式有下列四種：

1. 用彈性體材料、熱塑性塑料或剛度顆粒物等第二相來增韌改性材料；

2. 用熱塑性塑料持續貫穿于熱固性樹脂中產生互穿互聯網來增韌改性材料；

3. 根據更改交聯網絡的化學結構以提升網鏈分子結構的活動能力來增韌；

4. 操縱分子結構化學交聯情況的不均勻性產生有益于塑性形變的非勻稱構造來完成增韌。

二、環氧樹脂增韌的原理

現階段被大家廣泛接納環氧樹脂增韌技術性的基礎理論有Bucknall等明確提出來的銀紋-裁切帶基礎理論和Kinloch等[7]創建的孔眼-裁切妥協基礎理論。除此之外，危害很大的理論是銀紋-釘錨基礎理論、協同作用原理。

1、銀紋-裁切妥協原理：在環氧基體中的橡膠顆粒物做為應力核心，當遭受外力的作用時造成并發展趨勢很多的銀紋或裁切帶，消化吸收很多動能。與此同時橡膠顆粒物又能立即操縱銀紋的發展趨勢，使其支化、阻礙或停止而不至于發展趨勢成毀滅性裂痕，而且裁切帶也可以阻攔早已存在的小裂紋進一步發展，使原料的沖擊強度進一步提高。（核殼構造粒子（CPS）增韌）

2、銀紋-釘錨原理：橡膠與環氧樹脂單個或低聚物共混后逐漸先產生均相管理體系，但伴隨著干固反映的使用，橡膠從均相管理體系中進行析出，產生無規矩遍布的顆粒物分散介質。橡膠相具備與環氧基體非常的抗拉強度和遠高于基材的拉伸強度，裂痕在環氧樹脂看中造成并拓寬，橡膠顆粒物引起基材造成銀紋在裂痕上。而橡膠顆粒物起公路橋梁或釘錨功效，對裂縫的進一步擴張或拓寬具有管束合閉功效，與此同時平穩銀紋在力的方向上是趨向構造，具備抗壓強度，進而一同阻攔原材料的宏觀經濟破裂。（熱塑性塑料增韌、橡膠彈性體材料增韌、納米技術粒子增韌、熱致性液晶顯示屏聚合物增韌）

3、孔眼-裁切妥協原理：原材料在拉長的過程中，因為橡膠相部分應力造成小裂紋，裂痕前面所遭受的三向應力場與橡膠相干固剩余應力的累加，使橡膠相顆粒物內部結構或橡膠相顆粒物/環氧基體頁面裂開而造成孔眼。這種孔眼一方面可減輕裂痕前面積累的三向地應力而耗費很多動能；另一方面又會提升橡膠中的應力，使孔眼化功效進一步產生，而且引起橡膠顆粒物間環氧樹脂的部分裁切妥協，進而進一步降低環氧樹脂中應力并阻攔破裂產生。（熱塑性塑料增韌、橡膠彈性體材料增韌）

4、協同作用：二種或兩類之上的化學物質根據某類方法融合成一種混和管理體系，與此同時具備每個成份的特性。根據不一樣的的工藝，能夠依照預訂的規定充分運用各組成部分的優勢，相輔相成缺陷，獲得一種揚長補短的新管理體系。有時混和管理體系在一些領域的性能乃至會超出它的全部成分。此外“逼迫寬容效用”和“協同作用”較為相仿，指用混和管理體系中一種成分的優勢去遮蓋另一種成分的缺陷，提升總體性能。“協同作用”不僅能夠用以環氧樹脂的增韌，還可用于改善環氧樹脂的其他特性。（互穿聚合物互聯網（IPN）增韌原理）

三、環氧樹脂增韌技術性的分別缺陷

1、橡膠彈性體材料增韌：在環氧樹脂中添加橡膠類彈性體材料盡管能夠大大提高原材料的沖擊韌性，但與此同時犧牲了原材料的彎曲剛度（如彈性模具和抗壓強度）、耐高溫性能（如Tg）。

2、熱塑性塑料增韌：熱固性塑料聚合物增韌環氧樹脂時，熱塑性塑料難溶解于一般有機溶劑，并且干固和生產加工標準規定較高，通常要添加15-20％的量才可以達到最佳的增韌實際效果，這必然地增加了環氧樹脂管理體系的黏度，限制訪問其運用。

3、互穿聚合物互聯網（IPN）增韌：IPN的橡膠相成分太大，抗壓強度、抗剪切強度、抗彎曲強度都大幅度減少，增韌實際效果也差。適度的化學交聯都可以獲得的結構力學性能，不僅延展性大大提高，并且抗拉強度也逐步提高。但化學交聯成分太高，對提升干固物延展性不好，由于互聯網鏈過短，不益于外力的作用下的應變力，消化吸收沖擊性減少。

4、熱致性液晶顯示屏聚合物增韌：熱致性液晶顯示屏聚合物增韌環氧樹脂，其應變速率、耐高溫性能、拉申性能基本上不會改變，但增韌實際效果比不上彈性體材料增韌；但生成和原材料由來艱難，造價成本高，熔點高導致生產加工艱難，在環氧樹脂中遍布不均勻。用熱致性液晶顯示屏高聚合物增韌環氧樹脂，要注意在增韌過程中液晶顯示屏聚合物不可以產生纖維、桿狀或橢球面狀的介晶地區，一起要提高液晶顯示屏聚合物與環氧樹脂的相溶性，使改性材料的環氧樹脂得到更快的增韌實際效果。

5、剛度納米技術粒子增韌：剛度納米顆粒盡管能夠提升基材延展性的一起提升抗壓強度、剛度和耐溫性，做到既增韌又提高的目地，擺脫彈性體材料等增韌發生的難題。但納米技術粒子在分散化過程中非常容易產生團圓，限制訪問其運用。一般要對納米技術粒子開展表層裝飾，改進它與環氧樹脂的頁面，使其在環氧樹脂中能有優良分散化。

6、柔性鏈段環氧固化劑增韌：柔性鏈段引進環氧樹脂或環氧固化劑分子鏈，一方面環氧樹脂分子鏈的旋轉更加非常容易，分子結構構像多；另一方面降低了環氧樹脂的交聯密度，因而軟性環氧固化劑增韌同時也降低了抗壓強度和應變速率。