北航：環氧樹脂改性氰酸酯樹脂的研究進展
2010-03-05 來源：中國聚合物網
最近，北京航空航天大學材料科學與工程學院，綜合論述了環氧樹脂改性氰酸酯樹脂的研究進展。他們綜述了環氧樹脂(EP)增韌改性氰酸酯(CE)樹脂的共聚反應機理、固化產物的性能和復合材料的性能；CE在水分或殘留的酚及金屬離子等作用下自聚生成三嗪環，接著與EP反應生成惡唑烷酮；CE改性后樹脂的韌性和彎曲強度提高，而玻璃化溫度和耐熱性下降很少，且固化產物耐濕熱性能和介電性能基本維持不變。氰酸酯(CE)樹脂通常是指含有2個或2個以上氰酸官能團的二元酚衍生物，在熱或催化劑的作用下，發生環化三聚反應形成含有三嗪環的高度交聯網絡結構的大分子。CE樹脂固化后的收縮率較低，吸濕率小于1.5%，電性能好，介電損耗角正切值低，介電常數為2.8～3.2，具有優良的粘結性、良好的阻燃性、低發煙和耐燒蝕特性，玻璃化轉變溫度較高。CE樹脂還具有優良的力學性能，其彎曲強度高于雙官能團環氧樹脂(EP)，彎曲模量介于雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂和多官能團EP之間。CE樹脂常溫下多為固態或半固態，可溶于常見的溶劑，且與增強纖維有良好的浸潤性，表現出優良的粘結性、涂覆性及流變學特性，不但可以用傳統的注塑、模壓等工藝成型，也適用于先進的宇航復合材料成型工藝，如：纏繞、熱壓罐、真空袋和樹脂傳遞模塑(RTM)等。
CE樹脂的用途主要有3個方面：一是高性能印刷電路板基體；二是高性能透波結構材料基體；三是航空航天用結構復合材料基體。雖然CE樹脂具有許多優良的性能，但是由于它的熱固化反應溫度高、固化時間長、制造成本高。其單體聚合后的交聯密度過大，加之分子中三嗪環結構高度對稱，結晶度高，造成CE樹脂固化后較脆，此外它的耐水解性較差，容易從復合材料預浸料中結晶析出。因此為降低CE樹脂的應用成本，進一步提高其性能，有關CE樹脂的改性研究愈來愈受到人們的關注。目前采用熱固性樹脂、熱塑性樹脂、橡膠彈性體、含不飽和雙鍵的化合物改性CE，以及將不同結構的CE單體共聚或共混改性等取得了較大的進展。其中熱固性樹脂主要有EP和BMI樹脂；熱塑性樹脂主要有聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜和聚醚酰亞胺(PEI)；最常用的橡膠增韌劑有端羧基丁腈橡膠；在催化作用下，CE可通過與苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、不飽和聚酯等含有雙鍵的化合物共聚來進行改性。此外還可以用有機硅樹脂和聚酰胺來改性CE樹脂。該研究綜述了EP改性CE的共聚反應機理、固化產物的性能和復合材料的研究進展。
關于共聚反應機理，研究人員表示CE/EP共聚物存在著非常復雜的反應，除了生成各自的均聚產物以外，還通過異氰脲酸酯、惡唑烷酮等共聚結構單元形成共聚物。一般認為其共聚存在3個階段：CE均聚成三嗪環交聯結構；CE官能團與環氧官能團反應生成嗯唑烷酮等結構；環氧發生聚醚化反應。形成三嗪環又包括未加催化劑體系、外加催化劑體系；EP與CE的共聚交聯反應又包括CE三聚成環、縮水甘油醚插入氰脲酸酯環、烷基氰脲酸酯異構化為烷基異氰脲酸酯、烷基異氰脲酸酯與縮水甘油醚生成惡唑烷酮、烷基消除生成酚、縮水甘油醚與酚加成。關于固化樹脂的性能，研究人員首先研究了力學性能和熱性能，以及吸濕性和濕熱穩定性，還研究了復合材料的性能。采用EP改性CE樹脂是一種很好的降低CE樹脂的應用成本，進一步提高其性能的方法。CE與EP的共聚反應機理十分復雜，目前的大部分研究和將來的部分工作仍然集中在對其固化反應機理的深入研究上。EP改性CE樹脂是最近一段時間內先進樹脂基復合材料研究的熱點。向CE/EP體系中引入第三組分，如線形酚醛樹脂、BMI樹脂和聚醚酰亞胺等，有待深入研究。合成一種含有特殊結構的CE，如含有三酚結構、芳雜環和脂肪環結構的CE，然后用EP進行改性是獲取高性能的改性CE樹脂的重要途徑之一，也將是目前和將來一段時間的研究熱點。
CE樹脂的用途主要有3個方面：一是高性能印刷電路板基體；二是高性能透波結構材料基體；三是航空航天用結構復合材料基體。雖然CE樹脂具有許多優良的性能，但是由于它的熱固化反應溫度高、固化時間長、制造成本高。其單體聚合后的交聯密度過大，加之分子中三嗪環結構高度對稱，結晶度高，造成CE樹脂固化后較脆，此外它的耐水解性較差，容易從復合材料預浸料中結晶析出。因此為降低CE樹脂的應用成本，進一步提高其性能，有關CE樹脂的改性研究愈來愈受到人們的關注。目前采用熱固性樹脂、熱塑性樹脂、橡膠彈性體、含不飽和雙鍵的化合物改性CE，以及將不同結構的CE單體共聚或共混改性等取得了較大的進展。其中熱固性樹脂主要有EP和BMI樹脂；熱塑性樹脂主要有聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜和聚醚酰亞胺(PEI)；最常用的橡膠增韌劑有端羧基丁腈橡膠；在催化作用下，CE可通過與苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、不飽和聚酯等含有雙鍵的化合物共聚來進行改性。此外還可以用有機硅樹脂和聚酰胺來改性CE樹脂。該研究綜述了EP改性CE的共聚反應機理、固化產物的性能和復合材料的研究進展。
關于共聚反應機理，研究人員表示CE/EP共聚物存在著非常復雜的反應，除了生成各自的均聚產物以外，還通過異氰脲酸酯、惡唑烷酮等共聚結構單元形成共聚物。一般認為其共聚存在3個階段：CE均聚成三嗪環交聯結構；CE官能團與環氧官能團反應生成嗯唑烷酮等結構；環氧發生聚醚化反應。形成三嗪環又包括未加催化劑體系、外加催化劑體系；EP與CE的共聚交聯反應又包括CE三聚成環、縮水甘油醚插入氰脲酸酯環、烷基氰脲酸酯異構化為烷基異氰脲酸酯、烷基異氰脲酸酯與縮水甘油醚生成惡唑烷酮、烷基消除生成酚、縮水甘油醚與酚加成。關于固化樹脂的性能，研究人員首先研究了力學性能和熱性能，以及吸濕性和濕熱穩定性，還研究了復合材料的性能。采用EP改性CE樹脂是一種很好的降低CE樹脂的應用成本，進一步提高其性能的方法。CE與EP的共聚反應機理十分復雜，目前的大部分研究和將來的部分工作仍然集中在對其固化反應機理的深入研究上。EP改性CE樹脂是最近一段時間內先進樹脂基復合材料研究的熱點。向CE/EP體系中引入第三組分，如線形酚醛樹脂、BMI樹脂和聚醚酰亞胺等，有待深入研究。合成一種含有特殊結構的CE，如含有三酚結構、芳雜環和脂肪環結構的CE，然后用EP進行改性是獲取高性能的改性CE樹脂的重要途徑之一，也將是目前和將來一段時間的研究熱點。
版權與免責聲明：本網頁的內容由中國聚合物網收集互聯網上發布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權負責。如涉及侵權，請聯系我們及時修改或刪除。郵箱：info@polymer.cn。未經本網同意不得全文轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。
（責任編輯：佳）
