1、概述
環(huán)氧樹脂具有良好的綜合力學性能、高度的粘合力、收縮率小、穩(wěn)定性好、優(yōu)異的電絕緣性能,作為涂料、膠粘劑、復合材料樹脂基體、電子封裝材料等在機械、電子、電器、航天、航空、涂料、粘接等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而,由于固化后的環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度高,內(nèi)應(yīng)力大,因而存在質(zhì)脆、耐疲勞性、耐熱性、抗沖擊韌性差等缺點,難以滿足工程技術(shù)的要求,使其應(yīng)用受到一定的限制。特別是制約了環(huán)氧樹脂不能很好地用于結(jié)構(gòu)材料等類型的復合材料,為此,國內(nèi)外學者對環(huán)氧樹脂進行了大量改性研究。其中,最主要的是改善環(huán)氧樹脂的脆性、耐濕熱性。
環(huán)氧樹脂可通過化學方法改性和物理方法進行改性;瘜W方法改性主要是合成新型結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂及新型結(jié)構(gòu)的固化劑;物理方法改性主要是通過與改性劑形成共混結(jié)構(gòu)來達到提高性能的目的。兩種方法比較起來,第一種方法從工藝、成本及難易程度來講都比第二種方法處于劣勢。因此,目前對環(huán)氧樹脂的改性主要是通過共混結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。
環(huán)氧樹脂的增韌途徑主要有三類:①剛性無機填料、橡膠彈性體和熱塑性塑料聚合物等形成兩相結(jié)構(gòu)進行增韌。②用熱塑性塑料連續(xù)貫穿于環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)中形成半互穿網(wǎng)絡(luò)型聚合物來增韌改性。③通過改變交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的化學結(jié)構(gòu)組成(如在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中引入“柔性段”)以提高交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的活動能力。
環(huán)氧樹脂的耐濕熱性能的改善,主要是通過在環(huán)氧樹脂分子中引入含稠環(huán)的結(jié)構(gòu)單元和合成含氟的環(huán)氧樹脂,以及采用新的固化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DDS等。
改性后的環(huán)氧樹脂,由于耐濕熱性和韌性的提高,將進一步擴大環(huán)氧樹脂在電子電器產(chǎn)品、復合材料受力構(gòu)件以及高性能結(jié)構(gòu)膠粘劑等方面的應(yīng)用。
另一方面,盡管環(huán)氧樹脂具有良好的加工工藝性,但對于不同的應(yīng)用,其操作工藝需要作適當?shù)母纳。如二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂,由于黏度較大,在某些操作中工藝性差,就需要在固化體系中加入稀釋劑來降低黏度,改善操作工藝性能。因此,為了滿足不同的應(yīng)用,需要加入稀釋劉、填料、增強劑等不同的添加劑。
環(huán)氧樹脂流動性的調(diào)節(jié):環(huán)氧樹脂配合物的流動性,對于涂料,襯里,澆鑄等用途是很重要的。為適應(yīng)這些要求必須降低粘度,或者提高黏度,或者賦予觸變性,能達到這些要求的配合材料稱為流動性調(diào)節(jié)劑。
2、稀釋劑
稀釋劑主要用來降低環(huán)氧膠粘劑體系的黏度,溶解、分散和稀釋涂料,改善膠液的涂布性和流動性。此外,稀釋劑也起到延長使用壽命的作用。但是加入稀釋劑也會降低固化后樹脂的熱變形溫度、膠接強度、耐介質(zhì)及耐老化等性能。然而,為了使樹脂膠液便于浸潤膠合物的表面,提高其浸潤能力和濕潤能力,有利于操作,必須加入適量的稀釋劑。
稀釋劑的分類方法很多,按其使用機理,可分為非活性稀釋劑與活性稀釋劑兩大類。
(1)非活性稀釋劑
非活性稀釋劑不與環(huán)氧樹脂、固化劑等起反應(yīng),純屬物理地摻混到樹脂中。它與樹脂僅是機械的混合,起稀釋和降低黏度作用的液體。它在膠液的固化過程中大部分是揮發(fā)掉的。它會給樹脂固化物留下孔隙,使收縮率相對增大。因此,非活性稀釋劑對固化后樹脂性能的不利影響比活性稀釋劑的影響大,但卻能少許提高樹脂的韌性。當使用要求較高時不能使用非活性稀釋劑,應(yīng)選用活性稀釋劑。
非活性稀釋劑多為高沸點液體,如鄰苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二辛酯、苯乙烯、苯二甲酸二烯丙酯、甲苯、二甲苯等。用量以5%~20%為宜。12%左右的鄰苯二甲酸二丁酯使標準環(huán)氧樹脂的黏度從10Pa·s降到0.5~0.7Pa·s(25℃)。一些工業(yè)環(huán)氧樹脂(2.0~4.0Pa·s)含有二丁酯作為非活性稀釋劑。溶劑亦作為非活性稀釋劑,但對耐化學試劑有不利影響。用量大時,固化物性能變壞同時由于稀釋劑在固化過程中的揮發(fā)會引起收縮率增大。
(2)活性稀釋劑