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环氧树脂超低温增韧研究概况

时间: 2011-07-08 13:01 来源: 作者: 点击:
近些年,高强轻质纤维增强在超低温环境中逐渐使用,对环氧树脂的超低温性能研究也日益加强。在作为复合材料液氢贮箱的基体材料以及在超导领域中用作胶粘剂,浸渍料和纤维增强复合材料的基体材料等方面,我国的研究已取得一些进展。

纯环氧树脂具有很高的交联密度,即使在常温下也存在着质脆、韧性低、抗冲击性差等缺点。而作为复合材料的树脂基体,一般都需要在很高的温度下固化。在固化后冷却过程中,由于热收缩树脂基体内部会产生热应力。当温度从室温降低至超低温(-150℃以下)时,基体内因热收缩而产生的内应力将更加显著。而一旦热应力超过树脂本身的强度,就会导致树脂基体的破坏。因此,提高韧性对环氧树脂在超低温下的使用至关重要。

专家介绍,目前提高环氧树脂超低温韧性的方法主要是使用柔性的脂肪族树脂(如PPGE)和液体以及柔性固化剂(如POPDA)来增韧环氧树脂。不过人们也发现,由于此类材料玻璃化转变温度较低,常温下具有较大的自由体积,当温度降至超低温时,树脂体系会产生很大的热收缩,导致较大的热应力,这限制了其在超低温下的应用。

目前一个重要的研究方向是,常温下高性能热塑性与环氧树脂的共混改性,可使共混体系同时兼具有两者的优越性能,即在保持热固性树脂高模量的同时,又兼具热塑性塑料的高韧性。迄今为止,国内外对热塑性塑料能否在超低温下增韧环氧树脂及其如何影响树脂体系的力学性能这一问题缺乏深入系统的研究。与柔性链增韧体系相比,热塑性塑料增韧环氧树脂体系具有较高Tg,常温下的自由体积很小,因而可以减小从室温冷却至超低温过程中产生的热应力。所以,研究热塑性塑料增韧环氧树脂体系在超低温下的性能,对提高热固性树脂在超低温领域的应用有重要意义。

近期,国内科研人员用一种新型含氮杂萘酮结构的聚醚腈酮(PPENK)及其与环氧聚醚的混合体系增韧环氧树脂,测试了两类增韧体系在室温(RT)和液氮温度(LNT)下的断裂韧性(Kic)和冲击强度,并研究了PPENK对环氧树脂体系在室温和超低温下力学性能的影响。

研究表明,虽然聚醚对增加PPENK改性环氧树脂体系的室温韧性贡献不大,但却明显提高了其超低温韧性。PPENK的引入对环氧树脂在室温和液氮温度下的力学性能影响不同,室温下PPENK的引入使强度下降而模量不变或略有增加,而液氮温度下对弯曲及压缩强度影响较小、拉伸强度则下降了32.8%,拉伸模量下降显著(降低了37.5%)。同时,PPENK的引入使室温和液氮温度下的断裂延伸率都有所下降。(end)

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