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EP专题增韧四超低温增韧3活性染料

发布时间:2022-09-03 21:34:24 来源:合泰娱乐网

EP专题:增韧(四)超低温增韧3

环氧树脂20世纪40年代出现以来,日益受到人们的广泛重视,目前已广泛应用于塑料、涂料、机械、国防等许多领域。近年来其应用扩展到结构胶粘剂,及半导体封装、纤维强化材料、层压板、铜箔、集成电路等领域。环氧树脂具有优良的力学性能、电气性能、粘接性能、耐热性、耐溶剂性,以及易加工成型、成本低廉等优点okmart.com。然而由于其三维立体网状结构、分子链间缺少滑动,碳-碳键、碳-氧键键能较小表面能较高,带有的一些羟基等使其内应力较大,发脆、高温下易降解、易受水影响。有机硅具有热稳定性好、耐氧化、耐候,低温性能好、表面能低、介电强度高等优点,但是其制造成本较高,力学性能、附着力、耐磨性、耐溶剂性较差。有机硅改性环氧树脂是近年来,发展起来的既能降低环氧树脂内应力,又能增加环氧树脂韧性、耐高温等性能的有效途径。目前有机硅改性环氧树脂,方法主要有共混与共聚两类。共聚是利用有机硅上的活性端基,如羟基、氨基、烷氧基与环氧树脂中,环氧基、羟基进行反应生成嵌段高聚物,从而解决相容性的问题,并在固化结构中引入稳定和柔性的Si-O链,提高环氧树脂的断裂韧性;但与环氧基反应引入有机硅链段,不但消耗了环氧基使固化网络交联度下降,且大分子柔性链段的引入,也降低了环氧树脂的刚性,因此增韧的同时伴随着耐热性(Tg)的下降。

(三)结果与讨论

1、PENK对环氧树脂断裂韧性的影响

这里给出了4种树脂体系在室温(RT)和液氮温度(LNT)下的断裂韧性。可以看出在室温下,质量分数为5%的PPENK的环氧树脂体系具有最大的断裂韧性,比纯环氧树脂提高了117.1%。质量分数为10%PPENK的树脂体系室温Kic增加了61.5%,而质量分数为10%PPENK的体系中引入环氧聚醚后,室温Kic只增加了19.7%。在液氮温度下,加入质量分数为5%和10%PPENK的环氧树脂体系在液氮温度下的Kic分别提高了50.4%和41.9%。而PPENK与聚醚组成的混合增韧体系具有最高的断裂韧性,比纯环氧树脂体系提高了67.8%。这表明,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。此外,无论是否加入增韧剂,4种环氧树脂体系的Kic均比室温下有明显增加。

根据线弹性理论,平面应变临界应力强度因子(Kic)可表示为:

Kic=[EGc/(1-v2)]1/2

其中E为弹性模量,Gc为断裂时形成新表面所需的临界断裂能,它和材料的分子间作用力,化学键的密度及强度有关,也和断裂时材料由塑性运动所吸收的能量有关。v是泊松比。当温度从室温降至液氮温度时,链段运动极大减弱,一方面会引起树脂体系塑性运动能力下降,导致断裂时由塑性运动吸收的能量降低,另一方面却使其弹性模量大幅增加(见表2-表4),二者共同作用的结果是液氮温度下树脂体系的Kic均比室温下有明显提高。在室温下,PPENK的引入对环氧树脂的模量影响不大,甚至略有升高,但却能降低树脂体系的化学键的密度,从而导致Gc的降低。

但是另一方面PPENK的引入又能增加断裂时链段的塑性运动,从而导致Gc的增加。二者综合结果,PPENK质量分数为5%时,树脂体系的Kic在室温下增加了117.1%,而质量分数为10%时,增加了61.5%,质量分数为5%时增韧效果较10%为好。当在PPENK增韧体系中进一步引入柔性聚醚后,虽然链段在断裂时塑性运动能力进一步增大,但是却使树脂体系的模量及化学键的密度进一步降低,总的效果使树脂体系D的室温增韧效果降低。在液氮温度下,PPENK的引入会降低体系的模量,同时液氮温度下由于热收缩的结果,分子间的距离缩短,分子间的作用力极大增加,因此分子间作用力对断裂时产生新界面所需能量的贡献大大增加,而化学键密度的贡献则降低。

再者在液氮温度下,环氧树脂的链段已被完全冻结,因而增韧相的塑性运动能力对Kic增加的贡献更为突出,因此PPENK质量分数为5%时,液氮下Kic增加了50.4%;质量分数为10%时,Kic增加了41.9%。二者之间增韧效果的差距比室温下减少。如果进一步引入柔性的聚醚链段(树脂体系D),虽然降低了化学键的密度,但由于液氮温度下化学键密度对断裂能的贡献相对较小,而聚醚链段在液氮温度下,具有较强的塑性运动能力,却使Kic得到了很大提高。因而该树脂体系在液氮温度下和室温下的增韧效果不同。在液氮温度下Kic增加了67.8%,具有较大的增韧效果。

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