環氧樹脂超低溫增韌研究
近些年,高強輕質纖維增強復合材料在超低溫環境中逐漸使用,對環氧樹脂的超低溫性能研究也日益加強。在作為復合材料液氫貯箱的基體材料以及在超導領域中用作膠粘劑,浸漬料和纖維增強復合材料的基體材料等方面,我國的研究已取得一些進展。
純環氧樹脂具有很高的交聯密度,即使在常溫下也存在著質脆、韌性低、抗沖擊性差等缺點。而作為復合材料的樹脂基體,一般都需要在很高的溫度下固化。在固化后冷卻過程中,由于熱收縮樹脂基體內部會產生熱應力。當溫度從室溫降低至超低溫(-150℃以下)時,基體內因熱收縮而產生的內應力將更加顯著。而一旦熱應力超過樹脂本身的強度,就會導致樹脂基體的破壞。因此,提高韌性對環氧樹脂在超低溫下的使用至關重要。
專家介紹,目前提高環氧樹脂超低溫韌性的方法主要是使用柔性的脂肪族樹脂(如PPGE)和液體橡膠以及柔性固化劑(如POPDA)來增韌環氧樹脂。不過人們也發現,由于此類材料玻璃化轉變溫度較低,常溫下具有較大的自由體積,當溫度降至超低溫時,樹脂體系會產生很大的熱收縮,導致較大的熱應力,這限制了其在超低溫下的應用。
目前一個重要的研究方向是,常溫下高性能熱塑性塑料與環氧樹脂的共混改性,可使共混體系同時兼具有兩者的優越性能,即在保持熱固性樹脂高模量的同時,又兼具熱塑性塑料的高韌性。迄今為止,國內外對熱塑性塑料能否在超低溫下增韌環氧樹脂及其如何影響樹脂體系的力學性能這一問題缺乏深入系統的研究。與柔性鏈增韌體系相比,熱塑性塑料增韌環氧樹脂體系具有較高Tg,常溫下的自由體積很小,因而可以減小從室溫冷卻至超低溫過程中產生的熱應力。所以,研究熱塑性塑料增韌環氧樹脂體系在超低溫下的性能,對提高熱固性樹脂在超低溫領域的應用有重要意義。
近期,國內科研人員用一種新型含氮雜萘酮結構的聚醚腈酮(PPENK)及其與環氧聚醚的混合體系增韌環氧樹脂,測試了兩類增韌體系在室溫(RT)和液氮溫度(LNT)下的斷裂韌性(Kic)和沖擊強度,并研究了PPENK對環氧樹脂體系在室溫和超低溫下力學性能的影響。
研究表明,雖然聚醚對增加PPENK改性環氧樹脂體系的室溫韌性貢獻不大,但卻明顯提高了其超低溫韌性。PPENK的引入對環氧樹脂在室溫和液氮溫度下的力學性能影響不同,室溫下PPENK的引入使強度下降而模量不變或略有增加,而液氮溫度下對彎曲及壓縮強度影響較小、拉伸強度則下降了32.8%,拉伸模量下降顯著(降低了37.5%)。同時,PPENK的引入使室溫和液氮溫度下的斷裂延伸率都有所下降
純環氧樹脂具有很高的交聯密度,即使在常溫下也存在著質脆、韌性低、抗沖擊性差等缺點。而作為復合材料的樹脂基體,一般都需要在很高的溫度下固化。在固化后冷卻過程中,由于熱收縮樹脂基體內部會產生熱應力。當溫度從室溫降低至超低溫(-150℃以下)時,基體內因熱收縮而產生的內應力將更加顯著。而一旦熱應力超過樹脂本身的強度,就會導致樹脂基體的破壞。因此,提高韌性對環氧樹脂在超低溫下的使用至關重要。
專家介紹,目前提高環氧樹脂超低溫韌性的方法主要是使用柔性的脂肪族樹脂(如PPGE)和液體橡膠以及柔性固化劑(如POPDA)來增韌環氧樹脂。不過人們也發現,由于此類材料玻璃化轉變溫度較低,常溫下具有較大的自由體積,當溫度降至超低溫時,樹脂體系會產生很大的熱收縮,導致較大的熱應力,這限制了其在超低溫下的應用。
目前一個重要的研究方向是,常溫下高性能熱塑性塑料與環氧樹脂的共混改性,可使共混體系同時兼具有兩者的優越性能,即在保持熱固性樹脂高模量的同時,又兼具熱塑性塑料的高韌性。迄今為止,國內外對熱塑性塑料能否在超低溫下增韌環氧樹脂及其如何影響樹脂體系的力學性能這一問題缺乏深入系統的研究。與柔性鏈增韌體系相比,熱塑性塑料增韌環氧樹脂體系具有較高Tg,常溫下的自由體積很小,因而可以減小從室溫冷卻至超低溫過程中產生的熱應力。所以,研究熱塑性塑料增韌環氧樹脂體系在超低溫下的性能,對提高熱固性樹脂在超低溫領域的應用有重要意義。
近期,國內科研人員用一種新型含氮雜萘酮結構的聚醚腈酮(PPENK)及其與環氧聚醚的混合體系增韌環氧樹脂,測試了兩類增韌體系在室溫(RT)和液氮溫度(LNT)下的斷裂韌性(Kic)和沖擊強度,并研究了PPENK對環氧樹脂體系在室溫和超低溫下力學性能的影響。
研究表明,雖然聚醚對增加PPENK改性環氧樹脂體系的室溫韌性貢獻不大,但卻明顯提高了其超低溫韌性。PPENK的引入對環氧樹脂在室溫和液氮溫度下的力學性能影響不同,室溫下PPENK的引入使強度下降而模量不變或略有增加,而液氮溫度下對彎曲及壓縮強度影響較小、拉伸強度則下降了32.8%,拉伸模量下降顯著(降低了37.5%)。同時,PPENK的引入使室溫和液氮溫度下的斷裂延伸率都有所下降










































