[科普中国]-树脂增韧

用熔体共混，复合、共聚等物理、化学方法，在树脂结构中引入柔性单元，或在树脂基体中引入适当分散相，形成多相体系，以提高其韧性的方法。

增韧方法主要增韧方法有：橡胶增韧，将端羧基丁腈(CTBN)、端乙烯基丁腈(VTBN)、端氨基丁腈(ATBN)等橡胶弹性体加入树脂共混；热塑性树脂增韧，向树脂中加入聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮(PEK-C)等热塑性树脂；在树脂中加入长链脂肪族化合物或在结构中引入柔性链段；用化学共混方法形成互穿或半互穿网络聚合物(IPN)；改变固化剂提高树脂韧性等。复合材料领域通过5种方法表征其树脂基体的韧性。其中以冲击后的压缩强度(CAl)、通孔板拉伸试验、通孔板压缩试验来表征损伤容限和缺口敏感性，以边缘分层和层间断裂韧性表征断裂韧性。通常用CAI值作为树脂韧性的判据，按CAI值大小将树脂分为低韧性(255MPa)。1

环氧树脂环氧树脂种类繁多，用量极大，是碳纤维复合材料中常用的基体树脂。按固化温度可分为三大类型，即低温型(80℃～100℃)、中温型(100℃～120℃)和高温型(150℃～180℃)。它们不仅黏结能力强，而且固化后具有一定硬度和良好的力学性能。但是，他们存在严重缺点，即固化后发脆、抗冲击性能不足及抑制裂纹的产生和传播扩展的能力差。这就需要对其实施增韧改性，提高冲击后压缩强度。冲击后压缩强度是用来评价复合材料韧性的重要指标，与基体树脂的韧性和增强纤维的断裂伸长率等密切相关。因此，制造高性能复合材料需要高强中模、大伸长碳纤维与韧性树脂相匹配，缺一不可。1

增韧原理增韧改性的基本原理是在外力作用下，抑制裂纹的产生和传播扩展，使其能够承载更大的外力。环氧树脂增韧改性方法中混入弹性体是增韧改性的最好方法之一。尤其是混入热可塑性树脂粒子，增韧效果显著，已用来制造飞机的一次结构件。东丽已掌握“粒子层间增韧技术”。波音和空客认可的、具有代表性的韧性预浸料是T800H/3900-2和TM7/8551-7。P2302层压板是对环氧树脂(EP)用热塑性树脂(TP)进行增韧改性。在层压板之间由热固性树脂(TS)与热塑性树脂(TP)形成不均匀的树脂层；当受到冲击时，裂纹扩展(张)通过层间区时被细小的TP粒子所拦阻，冲击能被弹性形变所吸收，使其裂纹进一步扩展失去驱动力，从而使CAl得到大幅度提高，用来制造大型客机的结构件，最早应用于波音777的一次结构件。T800H/3900-2(P2302)可用来制造承力件地板梁和垂直安定面翼盒，T300/5208只能制造次承力件扰流板。这种层间增韧新方法所制P2302复合材料，室温下的拉伸模量为157GPa，压缩强度为1960MPa，在71℃水中浸泡两周后，并在82℃条件下测定0℃压缩强度为1320MPa。2

不同的增韧途径1)用增韧剂增韧。环氧树脂固有的脆性抑制了它们的性能表现。为此在结构环氧树脂中通常加入增韧剂。降低脆性、改善耐冲击性而不影响其他特性的最佳方法是采用弹性体改性环氧预聚物等。这些预聚物第一代是用改性剂；第二代是用高官能团的环氧树脂；而第三代则是先进型预聚物。

2)环氧树脂互穿聚合物网络。这是一种以形成互穿网络(IPN)或半互穿网络(SIPN)体系来改进环氧体系韧性的方法。随着高分子相容性理论的发展和相容性技术的进展，现在已经可以控制环氧树脂和热塑性聚合物的相界面，从而可利用环氧树脂的合金化有效地改善环氧树脂的脆性，使固化物的延展率增加，剥离黏接强度提高。

3)高韧性环氧。树脂基复合材料要进一步推广应用，必须克服其对冲击破坏的敏感性。国外发达国家为了适应航空航天工业对复合材料的要求，进行复合材料基体的韧化研究。2

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曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学