近日， 澳大利亞斯威本科技大學和迪肯大學發布聯合研究成果，發現以溶劑化離子液體（SIL）作為催化劑加入環氧樹脂體系 ，能夠顯著加快固化速度，并降低固化溫度。報告稱，使用其他類型的離子液體作為添加劑在塑料行業中已有先例，但溶劑化離子液體的使用尚是一個全新的課題。

 

　　實驗過程中，研究人員在環氧樹脂基體中按重量占比加入了1%-20%的SIL及固化劑，并加熱至熔點。實驗結果表明，未加入上述添加劑的環氧樹脂的固化時間約為100°C條件下31分鐘；加入重量占比1%的SIL后，固化時間縮短了80%；隨著加入SIL添加量的增加，固化時間也變得更短。這意味著這種改性環氧樹脂在3D打印及其他復合材料量產工藝的應用中具有巨大的潛力。

 

　　離子液體不同添加量條件下環氧樹脂的固化流變學曲線

　　除快速固化外，斯威本科技大學高級研究員Nishar Hameed博士通過10年來對離子液體和環氧樹脂及其他聚合物之間的相互作用進行了潛心研究，還發現離子液體的介入使得極具脆性的環氧樹脂變得具有韌性和可成型性。

 

　　左圖中，環氧樹脂具備了韌性和彈性，能夠在作用力條件下彎曲、扭轉，并在作用力消失后恢復原來形狀。右圖對比了熱固性環氧樹脂在初始狀態和280%延展后的狀態。

　　“研究表明，環氧樹脂也可以在室溫條件下具有彈性和韌性，并且像熱塑性材料一樣可延展。”Hameed表示說，“通過理論和實驗驗證，我們證實了存在一種可逆的轉化機制，能夠使環氧樹脂分子網絡變得更加堅韌。”

　　基于上述發現，Hameed的團隊與迪肯大學Luke Henderson博士的團隊合作，試圖驗證SIL是否具備類似的彈性。

 

　　室溫條件下，不同濃度離子液體對熱固性材料拉伸機械性能的影響；硬&脆（10%），韌性&彈性（30%）；可拉伸&可延展（50%）

　　“發現SIL能夠加快環氧樹脂的固化速度純屬偶然，”Hameed坦承，并表示研究人員在次實驗中就發現固化的進程“過于快速”了，“我們必須對不同的離子液體、濃度及工藝條件進行比較分析，尋找其中的固化機制以及相關的物理性能。”

　　“新樹脂配方的固化速度比標準樹脂提升了72倍，”他表示說，“在某些條件下，研究人員甚至未及測量固化就已完成。”

　　Hameed表示，該方法不僅縮短了固化時間，同時也降低了固化所需溫度，從而節約了能源。

　　大規模復合材料量產的未來前景

　　這種改性環氧樹脂在進入市場之前還需要進一步的研究。“有幾個快速固化相關的問題必須盡快解決。例如這種快速固化環氧樹脂的交聯反應發生在數秒之內，加熱-冷卻時間很短，入模-脫模時間也很短，這給工藝操作帶來了壓力。”Hameed表示說。

　　為解決上述問題，他的團隊正在研究一種計算驗證方法，來判斷并盡可能減少這些缺陷。“這對于復合材料結構和相關生產工藝的完整性和效率十分關鍵。”

　　Hameed認為SIL改性快速固化環氧樹脂在復合材料增材制造技術方面潛力巨大。“在3D打印過程中，我們的樹脂配方能在數秒內完成固化，這將大幅加速部件生產的效率。”

　　目前，研究團隊正在就該樹脂配方對其他復合材料制造技術的影響進行評估，包括灌注、RTM、其他自動化技術、預浸料的訂制生產以及快干環氧基油漆、涂料和上漿劑中的應用。Hameed表示，由于出色的靈活性，它甚至可以應用于傳統意義上熱固性材料難以實現的熱成型工藝中去。

　　“增材制造技術與可快速加工聚合物的組合是未來復合材料及部件實現規模量產的重要路徑。”他表示說。