高性能环氧树脂基体优化方案

环氧树脂（epoxyresin）是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的一类高分子化合物，从20世纪40年代以来，逐渐发展成为一类包含许多类型的热固性树脂，如缩水甘油胺、缩水甘油酯及脂肪族环氧树脂等。环氧树脂具有优良的工艺性能、物理性能和力学性能，且价格低廉，目前已作为涂料、胶黏剂、树脂基体、电子封装材料等广泛应用于机械、电子、航空航天、交通运输、建筑工程等领域。

1.3.2.1　合成

高性能环氧树脂的合成一般由含有多个活泼氢的化合物（如多元胺或多元醇）和环氧氯丙烷在强碱（如KOH、NaOH等）条件下缩聚而得。在缩聚反应中，会发生环氧基和活泼氢反应而导致分子链的延长，通过控制环氧氯丙烷与活泼氢化合物的摩尔比和反应条件，可以合成不同分子量的环氧树脂，当加入过量的环氧氯丙烷时，合成的为低分子量的树脂。在环氧树脂合成的过程中，会存在一些类似环氧氯丙烷和树脂的环氧端基水解、支化反应等的副反应，这些副反应会影响环氧树脂的质量和后期固化物的性能，其控制指标有：环氧值、无机氯含量、总氯含量、分子量以及树脂黏度和软化点等。

1.3.2.2　特点及应用

环氧树脂的种类较多，其中双酚A型环氧树脂具有流动性好，原料来源广，成本低，产量大的优点，成为环氧树脂中最重要和用途最广的一种，也称为通用型环氧树脂。双酚A型环氧树脂的分子结构如图1-1所示。

图1-1　双酚A型环氧树脂的分子结构(www.xing528.com)

从其分子结构中可以看出，分子链中含有活性很强的环氧基团和羟基，它们赋予环氧树脂与其他活性基团反应的特性，有利于环氧树脂的改性和固化。双酚A型环氧树脂分子中含有醚键和羟基，与金属、非金属材料（除聚四氟乙烯、聚丙烯等非极性的聚合物不能用环氧树脂胶黏剂直接黏结）均有很强的黏结性。此外，线型结构的—O—和C—C使环氧树脂分子具有柔顺性，而苯环使环氧树脂具有耐热和刚性的特点，C—O的键能比较大，提高了环氧树脂的耐碱性。基于以上结构特性，使得环氧树脂具有优良的耐化学品性、耐碱、耐热、黏附力强、电绝缘性能，使其在航空航天、涂料、胶黏剂、电气等领域得到广泛应用。

1.3.2.3　环氧树脂的增韧改性

韧性较差是环氧树脂最大的弱点之一，固化后的环氧树脂较脆，耐冲击性能差，容易开裂，因此用于高性能复合材料时，需要对其进行改性。目前常用的方法有：用第二相物质（弹性体、热塑性树脂、刚性颗粒等）来增韧改性；用热塑性树脂连续贯穿热固性树脂中形成互穿网络结构来增韧改性；通过改变交联网络的化学结构来提高网链分子的活性能力而达到增韧的效果；通过控制分子交联状态的不均匀性来形成有利于塑性形变的非均匀结构而实现增韧。

其中，氰酸酯是一类综合性能优良、工艺性好的热固性树脂，是一种常用来改性环氧树脂的物质。利用氰酸酯树脂改性环氧树脂后，固化后的树脂分子结构中不含羟基和氨基等极性基团，可改善环氧树脂吸湿率高的缺点，提高耐湿热性能；加之树脂中含有五元唑啉杂环和六元三嗪环结构，使材料具有良好的耐热性；除此之外，固化树脂分子结构中含有大量的醚键结构，又可改善材料的韧性。