碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展

碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展

摘要：介绍了碳纤维增强环氧树脂基复合材料的复合结构及体系特性，复合体系的机械性能和复合工艺，复合界面结构的一些表征方法及增强的机理，纤维素表面处理的一些常用方法，以及EP/CF复合材料的一些应用。

关键词：表面处理、增强机理、界面表征、复合工艺、应用

前言：

环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来，随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升。20世纪70年代以前，EP/CF复合材料被视为昂贵的材料，价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍，只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以后，CF工业和EP工业迅速发展，EP/CF复合技术不断进步，加入到EP中的CF比例不断上升，目前CF的体积分数已可达60％以上，使EP/CF 复合材料的质量提高而价格下降，拓宽了其应用领域，进一步促进了EP/CF复合材料的发展。

1. 碳纤维的表面处理

碳纤维复合材料的层间剪切强度一般较差，这是因为碳纤维与树脂之问的粘接力较差所致。为了改善碳纤维复合材料的界面粘接性能．必须对碳纤维表面进行处理。表面处理可起到以下

3种作用。第一，防止弱界面层(Weak boundary layer) 的生成。作为WBL有：①所吸附的杂质、脱模剂等；②界面层老化时形成的氧化层、水合物层等；③与基体的不充分浸润而所束缚的空气层等。第二，产生适合于粘接的表面形态，使增强材料表面生成凹凸，通过抛锚效应而提高界面粘接性能，但凹凸过多粘接也不好，所以应作适当调整。第三，改善树脂和增强材料的亲合力。例如，增强材料和树脂的极性差异很大时，在增强材料表面涂上极性中等的覆盖剂；还可以在表面上进行化学处理，导入一些官能团而提高界面粘接性能等。目前常用的表面处理方法有以下几种：

l.1气相氧化法

等)中，在加温、加催化剂等特殊气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂(如空气、O

3

条件使其表面氧化生成一些活性基团(如羟基和羧基)。经气相氧化法处理的碳纤维所制成的CFRP，弯曲强度、弯曲模量、界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(IISS)等力学性能均可得到

有效提高，但材料的冲击强度降低较大。此法按氧化剂的不同，通常分为空气氧化法和臭氧氧化法。

采用空气氧化时，氧化温度对处理效果有显著影响。王玉果等对碳纤维在400℃空气氧化处理1h和450℃空气氧化处理1 h后制成的三维编织碳纤维/环氧复合材料进行研究，发现其力学性能除冲击强度外均随处理温度的升高而增加，CFRP的整体力学性能得到了明显的改善。

臭氧氧化法由于具有时间短、设备工艺简单、氧化缓和等特点，也得到了广泛的应用。贺福等用臭氧氧化处理PAN基碳纤维，发现复合材料的界面粘结紧密，断裂形貌由多剪转变为抗剪。冀克俭等采用臭氧氧化法对碳纤维进行了表面处理，发现碳纤维表面羟基或醚基官能团的含量提高，其与环氧树脂制成复合材料后的ILSS提高35％。近年来，利用惰性气体氧化法进行表面处理，也得到了研究人员的关注。西北工业大学的卢锦花等，将碳纤维在氩气保护、2200℃的高温下处理2 h，发现C/C复合材料的弯曲强度提高75％，断口扫描表明断裂以脆性断裂为主，纤维与基体的结合强度较高。

1．2 液相氧化法

液相氧化法是采用液相介质对碳纤维表面进行氧化的方法。常用的液相介质有浓硝酸、混合酸和强氧化剂等。最常见的液相氧化剂是浓硝酸，浓度一般在60％一70％。浓度过高则纤维在氧化过程中被强酸腐蚀，强度损失较大，导致CFRP的ILSS提高不显著。万怡灶等用65％的浓硝酸在煮沸下处理PAN基碳纤维，制得的C/PLA复合材料的宏观力学性能均有一定提高。液相氧化法相比气相氧化法较为温和，一般不使纤维产生过多的起坑和裂解。但是其处理时间较长，与碳纤维生产线匹配难，多用于间歇表面处理。

1．3 阳极氧化法

阳极氧化法，又称电化学氧化表面处理，是把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极，在电解水的过程中利用阳极生成的“氧”，氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团，将其先氧化成羟基，之后逐步氧化成酮基、羧基和CO2的过程。要求水的纯度高，如果水中有杂质，其负离子电极位低于氢氧根负离子的电极位，则阳极得不到氧气；还要求正离子电极位低于氢正离子电极位，以保证阴极只有放氢反应；此外电极必须是惰性的，不参加电化反应。刘鸿鹏等以石墨板为阴极、PAN基碳纤维为阳极，通过改变电解条件进行连续阳极氧化处理。该法使碳纤维表面含氧官能团的摩尔分数达8．54％，表面吸附水的摩尔分数增加了5．34％，极大地提高了碳纤维的表面浸润性能。阳极氧化法对碳纤维的处理效果不仅与电解质的种类密切相关，并且增加电流密度与延长氧化时间是等效的。

1．4 等离子体氧化法

等离子体是具有足够数量而电荷数近似相等的正负带电粒子的物质聚集态。用等离子体氧化法对纤维表面进行改性处理，通常是指利用非聚合性气体对材料表面进行物理和化学作用的过程。非聚合性气体可以是活性气体(如O2、NH3、SO2、CO等)，也可以是惰性气体(如He、N2、Ar等)。常用的是等离子体氧，它具有高能高氧化性。当它撞击碳纤维表面时，能将晶角、晶边等缺陷或双键结构氧化成含氧活性基团(如羧基，羰基和羟基等)。黄玉东等将碳纤维经等离子体空气处理后制成碳纤维，酚醛复合材料，当处理时间为20 min时，IISS和单纤维与基体树脂间界面微脱粘力分别提高了52.8％和56.5％，其最终制品的界面结合性能提高40％以上。熊杰等用冷等离子体氧处理碳纤维，其CFRP-水泥砂浆最大断裂荷载和韧性指数提高的幅度都十分显著。

1．5 表面涂层改性法

表面涂层改性法的原理，是将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面粘结强度，同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。涂层的种类很多。曾金芳等采用活性涂层、刚性涂层和柔性涂层，分别对HTA—P30碳纤维进行表面处理，研究了不同涂层对HTA—P30/AE4环氧NOL环复合材料剪切强度的影响。试验结果表明：活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能，而且涂层浓度对性能的影响非常敏感，当浓度为1％一2％时，剪切强度可以提高20％。

2. CF及其EP复合材料的基本特点

2．1 CF的特点和基本成分

CF主要是由碳元素组成，其含碳量一般在90％以上。CF具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，与一般碳素材料不同的是，其各向异性显著，柔软，可加工成各种织物，沿纤维轴向表现出很高的强度。制备CF的主要原材料有人造丝(粘胶纤维)、聚丙烯腈(PAN)纤维和沥青等。通常制备高强度、高模量CF多选用PAN为原料。制备CF需经过拉丝、牵伸、稳定、炭化、石墨化5个阶段。

2．2 EP基体的作用

EP具有优良的加工性能和力学性能，其固化收缩率低，粘结性能优异。复合材料中EP的主要作用是把CF粘在一起，分配CF问的载荷，保护CF不受环境影响。

2．3 EP/CF复合材料的特性

EP/CF复合材料的特性主要取决于CF、EP及EP与CF之间的粘结特性。EP/CF复合材料具有优

异的性能，与钢相比，EP/CF复合材料的比强度为钢的4.8～7.2倍，比模量为钢的3.1～4.2倍，疲劳强度约为钢的2.5倍、铝的3.3倍，而且高温性能好，工作温度达400℃时其强度与模量基本保持不变。此外还具有密度和线膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变、整体性好、抗分层、抗冲击等，在现有结构材料中，其比强度、比模量综合指标最高。在加工成型过程中EP/CF复合材料具有易大面积整体成型、成型稳定等独特的优点。

3．EP/CF复合材料的增强机理

常规的CF表面平滑、活性官能团少、表面能低，呈现表面化学惰性，与EP基体浸润性较差，复合材料界面黏合力较弱。因此，需要对CF表面改性处理，提高其与基体树脂的黏结性，进而提高复合材料的性能。目前，CF表面改性方法很多，如气相氧化法、阳极氧化法、电聚合表面涂层法、液相氧化法及等离子氧化法等。采用扫描电子显微镜(SEM)分析经过处理的CF表面发现，其表面石墨层面边缘较大面积氧化，边缘活性点数量增加，致使凹凸不平的表面更有利于与EP基体的键合，使复合材料的剪切性能提高。同时，其表面能增加，显著改善了CF与基体间的润湿性，接触角减小，表面呈现亲液性。另外，经过处理后，其表面出现了大量的羟基、羧基、醌类等官能团，提高了CF表面的极性、增强体与EP基体之间的润湿性和它们的黏结程度。

4. EP／CF复合材料的复合成型工艺

4．1 手糊成型

手糊成型是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP(胶衣凝胶后涂覆)和CF，手持辊子或刷子使EP浸渍CF，并驱除气泡，压实基层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。该工艺的主要优点是可室温成型，设备投资少，模具折旧费低；可制造大型制品。主要缺点是属于劳动密集型生产，制品质量由工人技术熟练程度决定；手糊用树脂分子量低，通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。

4．2 树脂传递成型

将CF置于上下模之间，合模并将模具夹紧，在压力条件下注射EP，EP固化后打开模具，取下制品。必须保证EP在凝胶前充满型腔，压力促使EP快速传递到模具内并浸渍CF。该工艺为低压成型工艺，EP注塑压力为0.4～0.5MPa，当制造高CF含量(体积分数超过50％)的制品时压力甚至可达0.7MPa。有时可预先将CF在一个模具内预成型(带粘结剂)，再在第二个模具内注射成型 J。为了提高EP浸渍cF的能力，可选择真空辅助注射。当EP一旦将CF浸透，要将EP注入口封闭，以使树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以用复合材料与钢材料制作。若采用加热工艺，宜用钢模。该法的主要优点是复合材料中CF含量可较高，未被EP浸润的

CF非常少；闭模成型，成型周期较短，生产环境好，生产成本较低；制品可大型化，强度可设计。主要缺点是不易制作较小制品，因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要笨重和复杂。4．3 真空袋法成型

此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在EP的A阶段与模具在一起，在积层上覆以真空袋，周边密封，然后用真空泵抽真空，使积层受到不大于101 kPa的压力而被压实、成型。该法的主要优点是采用普通湿法铺层技术，通常可获得高CF含量的复合材料；EP 可较好地浸渍CF。主要缺点是额外的工艺过程增加了劳动力和成本，并且要求操作人员有较高的技术水平；生产效率不高。

4．4 树脂膜熔浸成型

将CF与EP片交替铺放在模具内。用真空袋包覆铺层，使用真空泵抽真空，将空气抽出。然后加热使EP熔化并浸渍CF，然后经过适当的时间使EP固化。该法的主要优点是复合材料的空隙率低，可精确获得高的CF含量；铺层清洁，有利于健康和安全，并且生产成本低。主要缺点是目前仅用于宇航工业，还未获得大规模的推广；模具要求能经受EP膜片的工艺温度。

4．5 预浸料成型

预先在加热、加压或使用溶剂的条件下，用EP预浸渍CF。预浸料在环境温度下贮存一段时间后仍能保质使用，当要延长保质期时须在冷冻条件下贮存材料。树脂通常在环境温度下呈临界固态，故触摸预浸料时有轻微的粘附感。预浸料用手工或机械铺于模具表面，通过真空袋抽真空，放人热压罐中成型。通常加热使树脂重新流动，最终固化。该法的主要优点是可精确地调整EP/固化剂配比和EP在CF中的含量，得到高含量CF；由于制造过程采用可渗透的高粘度树脂，树脂化学性能、力学性能和热性能是最适宜的。主要缺点是热压罐固化复合材料制品的耗费大、作业慢、制品尺寸受限制；模具需能承受作业温度并且生产成本较高。

4．6 低温固化预浸料成型

该工艺完全按预浸料方法制备，EP的化学性质使其得以在60—100℃固化。在60℃时，材料可操作保质期可小于1个星期也可延长到几个月。树脂体系的流动截面适于采用真空袋压力，避免采用热压罐。该法除具有传统预浸料成型的优点外，因为仅需真空袋压力，固化温度低，模具材料较便宜且能耗低，采用简单的热空气循环加热室便可容易地制造大型结构。主要缺点是复合材料成本仍高于预浸织物；模具需能经受高于环境温度的温度；因需高于环境温度

固化故仍有能耗。

4．7 拉挤成型

该工艺是指将浸渍了EP的连续CF经加热模拉出形成预定截面型材的过程。程序是：①使CF 增强材料浸渍树脂；②CF预成型后进人加热模具内，进一步浸渍、基体树脂固化、复合材料定型；③将型材按要求长度切断。该工艺中，EP浸渍CF有两种方式：其一为胶槽浸渍法。即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进人模具，通常采用此法；其二为注人浸渍法。GF增强材料进人模具后，被注人模具内的树脂所浸渍。该法的主要优点是制造速度快，拉挤成型材料的利用率为95％(手糊成型材料的利用率仅为75％)；树脂含量可精确控制；由于纤维呈纵向，且体积分数可较高(40%-80％)，因而型材轴向结构特性可非常好。主要缺点是模具费用较高；一般限于生产恒定横截面的制品。

5. EP／CF复合材料的界面结构表征方法

现代科学的发展为复合材料界面的分析表征提供了强有力的手段。扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、光电子能谱、动态力学分析、原子力显微镜等，在复合材料界面分析表征中得到充分的应用，为揭示界面的本质、丰富界面的理论作出了重要的贡献。

扫描电子显微镜(SEM)是观察微小颗粒固体表面形态、结构、物相及尺寸分布的有力工具。利用它可以检查各步反应前后材料的显微镜变化及微晶颗粒的破坏、腐蚀等情况。透射电子显微镜(TEM)是研究物质结构最直观的方法，通过透射电子显微镜人们可以直接观察物质的微观结构。红外光谱(IR)是在电磁波红外区(15000-10 cm-1)观察物质吸收和发射，以研究分子的振动和转动光谱的谱学方法。它根据谱带的特征频率研究未知物成分(定性)，根据谱带强度确定样品中某个组分含量(定量)，它还可研究分子结构(如官能团、化学键)、鉴定异构体判断化合物结构，利用谱带变化还可研究分子间的相互作用。作为红外光谱的互补，拉曼光谱也是一种常用测试手段。由于拉曼散射信号弱，又常受到荧光干扰，因此提高拉曼光谱的检测信噪比是拉曼光谱技术发展的重要途径。表面增强拉受光谱法(SERS)解决了这个问题。拉曼的表面增强，指的是由样品分子处于某种特殊制备的金属表面或表面附近而引起拉曼散射增加的特殊效应。同传统的拉曼散射谱比较，SERS具有高达104,106倍的拉曼散射强度。除了普遍使用的IR/Raman光谱外，还有荧光光谱、紫光一可见光谱等常见光谱学方法，普遍地应用于表面修饰材料的组分鉴定，以及复合体系光学性质的研究。

目前较为常用和先进的聚合物表界面表征技术有: 离子散射谱( ISS)、二次离子质谱(S IM S)、静态二次离子质谱(SS IM S)、俄歇电子谱(A ES)、X射线光电子谱(XPS)、卢瑟福背散射(RBS)、扫描电子显微镜(SEM )、透射电子显微镜(TEM )、扫描隧道显微镜(STM )、原子力显微镜(A FM ) 等。每种表征技术都有其特点, 对于众多的聚合物和表征目的不同, 则需选择不

同的分析方法, 才能达到预期的效果。

6.EP／CF复合材料的应用

环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料具有比强度、比模量高，密度小，结构尺寸稳定，耐热、耐低温及材料性能可设计等优点，其既可以作为结构材料承载又可以作为功能材料发挥作用，已经成为航空航天领域的首选材料。

在航空领域，CF复合材料应用于无人机、直升机主结构、次结构件和特殊部位的特种功能部件。国外将EP/CF复合材料应用在战斗机和直升机的机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。在民用航空领域，飞机机体结构中大量使用CF复合材料。这些部件包括减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼等。

CF复合材料在航天领域也发挥着不可替代的作用。高模量CF质轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，因此很早就应用于人造卫星结构体及主体结构承力件、太阳能电池板、天线、导弹弹头、弹体、箭体和发动机壳体的结构部件上。CF复合材料也被用于航天飞机舱门、机械臂和压力容器等。

此外，还主要用于飞行器的轻型化，轻型机枪枪架，新型连续抽油杆，高精度天线，接骨板，风电叶片及导电复合材料等领域。

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺 一、前言 相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的 产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称玻璃钢”）逾90 万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。 复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成： 增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP （碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。 基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP ）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。y 按基体材料不同，复合材料可分为三大类： 树脂复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。 本文讨论环氧树脂基复合材料。 1、为什么采用环氧树脂做基体？ 固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8% ； 粘结力强； 有B阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。 值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。 2、环氧玻璃钢性能（按ASTM） 以FW （纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。 表1 GF/EPR与钢的性能比较 玻璃含量GF/EPR （玻纤含量80wt%） AISI1008 冷轧钢 相对密度 2.08 7.86 V 拉伸强度551.6Mpa 331.0MPa 拉伸模量27.58GPa 206.7GPa 伸长率1.6% 37.0% 弯曲强度689.5MPa 弯曲模量34.48GPa 压缩强度310.3MPa 331.0MPa 悬臂冲击强度2385J/m 燃烧性（UL-94）V-O

环氧树脂的改性研究发展

环氧树脂的改性研究发展 付东升 1 朱光明 1 韩娟妮2 （1西北工业大学化工系，2西北核技术研究所） 1、前言 近年来，科研工作者对环氧树脂进行了大量的改性研究，以克服其性脆，冲击性、耐热性差等缺点并取得了丰硕的成果。过去，人们对环氧树脂的改性一直局限于橡胶方面，如端羧基丁脂橡胶、端羟基丁腊橡胶、聚琉橡胶等[1—4]。近年来，对环氧树脂的改性不断深入，改性方法日新月异，如互穿网络法、化学共聚法等，尤其是液晶增韧法和纳米粒子增韧法更是近年来研究的热点。综述了近年来国内外对环氧树脂的改性研究进展。2、丙烯酸增韧改性环氧树脂 利用丙烯酸类物质增韧环氧树脂可以在丙烯酸酯共聚物上引入活性基团，利用活性基团与环氧树脂的环氧基团或经基反应，形成接技共聚物，增加两相间的相容性。另一种方法是利用丙烯酸酯弹性粒子作增韧剂来降低环氧树脂的内应力。还可以将丙烯酸酯交联成网络结构后与环氧树脂组成互穿网络(IPN)结构来达到增韧的目的。张海燕[5]等人利用环氧树脂与甲基丙烯酸加成聚合得到环氧-甲基丙烯酸树脂(EAM)，其工艺性与不饱和聚酯相似，化学结构又与环氧树脂相似，得到的改性树脂体系经固化后不仅具有优异的粘合性和化学稳定性，而且具有耐热性好、较高的延伸率，固化工艺简单等优点。同时由于共聚链段甲基丙烯酸酯的引入，体系固化时的交联密度降低，侧基的引入又为主链分子的运动提供更多的自由体积，因此改性体系的冲击性能得以提高。 韦亚兵[6]利用IPN法研究了聚丙烯酸酯对环氧树脂的增韧改性。他将线性聚丙烯丁酯交联成网状结构后与环氧树脂及固化剂固化，形成互穿网络结构。该方法增加了丙烯酸丁酯与环氧树脂的相容性。该互穿网络体系具有较高的粘接强度和优异的抗湿热老化能力。 李已明[7]通过乳液聚合法首先制备出丙烯酸丁酯(PBA)种子乳液，在引发剂作用下合成出核乳液，然后在该种子上引入聚甲基丙烯酸甲酯壳层得到核壳粒子。利用该粒子来增韧环氧村脂时，由于聚甲基丙烯酸甲酯的溶解度参数与环氧树脂的溶解度参数相近，因此两者的界面相容性非常好。用SEM对其进行观察时可发现核壳粒子的壳层与环氧树脂溶为一体，而核芯PBA则在环氧基体中呈颗粒状的分散相。M.Okut[8]对PBA/PMMA核壳粒子增韧环氧基体体系进行了动态力学分析，在动态力学图谱上高温区可以发现没有与PMMA对应的玻璃化转化峰，只有与环氧树脂对应的玻璃化转变峰，这同时也证明了环氧树脂与PM MA的相容性。改性体系的缺口冲击强度显著提高，断口特征形貌由环氧树脂的脆性断裂转化为韧性断裂。 3、聚氨酯增韧环氧树脂 利用聚氨酯改性环氧树脂主要是为了改善其脆性，提高其柔韧性，增加剥离强度。聚氨酯粘接性能好，分子链柔顺，在常温下表现出高弹性。施利毅等[9]利用高分子合金的思想，采用熔体共混法制备出了PU／EP共混体系。他以异氰酸根封端的聚氨酯预聚体与环氧树脂在熔融条件下加入固化剂固化后得到共混改性体系：由于异氰酸根本身能与环氧基团反应，因此得到的改性体系两相间有良好的相容性，利用DMA分析，可发现其谱图上在m(PU)：m(EP)＝20：80时只有单一的宽的玻璃化转变蜂，这进一步证明了两相间的相容性。改性体系比环氧树脂的冲击强度有了大幅度提高。 目前研究最多的聚氨酯增韧环氧树脂体系是以聚氨酯与环氧树脂形成SIPN和IPN结构，这两种结构可起“强迫互容”和“协同效应”作用，使聚氨酯的高弹性与环氧树脂的良好的耐热性、粘接性有机地结合在一起，取得满意的增韧效果。 Y．Li[10]等利用双酚A环氧树脂与末端为异氰酸酯的聚醚聚氨酯低聚物进行改性接枝，二者在四氢呋喃溶液中形成均相溶液，然后在DDM固化剂作用下形成线性聚氨酯贯穿于环氧网络的半互穿网络结构。两者在用量比为

玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备

综合实验研究 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备 院系：航空航天工程学部 专业：高分子材料与工程专业 指导教师：于祺 学生姓名：王娜

目录 第1章概述 1.1 玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的研究现状 1.2 本次试验的目的及方法 第2章手糊法制备玻纤/环氧树脂复合材料 2.1实验原料 2.1.1环氧树脂 2.1.2玻璃纤维 2.1.3咪唑固化剂 2.1.4活性稀释剂 2.2手糊成型简介 2.4实验部分 2.4.1实验仪器 2.4.2实验步骤 第3章力学性能测试 3.1剪切强度 3.2弯曲强度 3.3实验数据的分析 3.3.1 浸胶的用量及均匀度 3.3.2 固化时间与温度的影响 3.3.3 活性稀释剂的用量 第4章结论与展望 4.1结论与展望 参考文献

第1章概述 1.1 玻璃纤维增强环氧树脂复材的研究现状 EP/玻璃纤维(GF)复合材料是目前研究比较成熟、应用最广的一种复合材料。EP/GF复合材料具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、加工成型简便、生产效率高等特点,并具有材料可设计性及特殊的功能性如屏蔽电磁波、消音等特点,现已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法代替的重要材料。且复合材料的研究水平已成为一个国家或地区科技经济水平的标准之一。目前美，日，西欧的水平较高，北美，欧洲，日本的产量分别占33%，32%，30%。毋庸置疑，EP/玻璃纤维(GF)复合材料的质量轻，高强度等优于金属的特性，会在某些领域更广泛的使用，目前复材的粘接性能与力学性能成为主要的研究方面。目前主要的成型方法有手糊成型，缠绕成型，热压管成型，RTM成型，拉挤成型。 1.2 本次试验的目的及方法 实验由学生自行设计采用一种固化体系，用手糊成型方法制备EP/玻璃纤维(GF)复合材料，再测量材料的力学性能如，弯曲，剪切。目的在于1，了解材料科学实验所涉及到的设备的基本使用。 2，掌握环氧树脂固化体系的配置及设计。 3，对手糊成型操作了解，及查找文献完成论文的能力。 就此要求我们第2组采用环氧树脂E-44，20cm×20cm的玻璃纤维布15张，用咪唑固化剂并加入稀释剂防止体系过粘。通过查阅相关文献，确定咪唑固化环氧树脂的最佳固化条件：60℃/2h+80℃/2h，制备了玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，之后将制备的样品进行力学性能测试，其层间剪切强度为5.750Mpa，弯曲强度为127.64Mpa。

国外环氧树脂应用研究技术进展_1

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 国外环氧树脂应用研究技术进展 国外环氧树脂应用研究技术进展吴良义陈德萍近年来，环氧树脂新产品开发和应用技术进展迅速，特别是复合材料、涂料、粘合剂、固化剂、韧性环氧树脂、液体环氧树脂以及催化剂、促进剂等产品，这是新型材料发展的需要，我们应予以重视。 一、复合材料 1、玻璃微珠环氧树脂复合材料用硅烷偶联剂(SA) 处理玻璃微珠(GB) 表面，以双酚 A 型环氧树脂(E828) 和乙烯二胺(EDA)固化剂作为复合材料基体，胺丙基三甲氧基硅烷(APS) 、胺丙基三乙氧基硅烷(AES)和 2氢基乙基苯硅烷(AAPS) 用作处理剂，对其处理条件与机械性能关系进行了研究。 结果表明： ①复合材料的玻璃化温度(Tg) 、弯曲模量和弯曲强度达到最大值的 SA 水溶液的最佳浓度序列是 AASAESAAPS。 ②复合材料机械性能达到最大值时， SA 水溶液的水解时间依赖于 SA的无机基团，乙氧基比甲氧基需要更长的时间。 ③在基体固化程度确立的工艺条件下，对 SA和 E828 的反应性进行研究。 表面处理后的 LB 在80150℃下与 E828 混合后，再加 EDA 固化剂，以增加 SA 和 E828 反应程度。 结果为150℃比80℃混料的复合材料 Tg 高。 2、硅充填环氧树脂复合材料使用环氧树脂作为基 1 / 12

体树脂的复合材料，具有优良的机械性能，但在高温下长时间使用就会出现时间和温度的特性。 用静态抗弯和疲劳试验检验时间、温度对抗弯强度的影响。 结果表明，时间温度叠加原理适用于静态弯曲强度。 与纯基体树脂和复合材料相比，纯树脂是影响复合材料静态强度和温度特性的主要因素。 疲劳测试表明，时间、温度叠加原理适用于最初的基体树脂的弹性强度，当温度、应力 LLt 助 D 时，塑性形变影响存在，抗弯强度和模量也有所增加。 3、镶嵌减振材料的石墨环氧树脂复合层压板复合材料中共固化弹性减震材料的减振性能有效的提高了材料的减振性能，然而，当减振材料没有达到层压固化的周期时，减振性能常常不如二次粘接的复合材料高。 共固化和二次粘接样品之间，减振性不同的原因是树脂渗入到减振材料所至。 在减振材料和环氧树脂之间有隔层的样品的比没有隔层共固化FasTapell25 有效的损失系数(视频率而定) 要高 15. 7％92． 3％，而比没有隔层的共固化 ISDll2 样品至少要高 168％。 这样的减振值，接近于二次粘接所达到的值。 研究结果表明，对减振材料粘弹性大多数都受固化期温度的影响。 4、炭纤维环氧树脂复合材料研究表明，杂质对碳

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺

纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺一、前言 相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大占以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合材料达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻班纤维增强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合材料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分 组成： 增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。 基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。y

按基体材料不同，复合材料可分为三大类： 树脂复合材料 金属基复合材料 无机非金属基复合材料，如陶瓷基复合材料。 本文讨论环氧树脂基复合材料。 1、为什么采用环氧树脂做基体？ 固化收缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%； 粘结力强； 有B阶段，有利于生产工艺； 可低压固化，挥发份甚低； 固化后力学性能、耐化学性佳，电绝缘性能良好。值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱性能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一般较脆，韧性较差。 2、环氧玻璃钢性能（按ASTM） 以FW（纤维缠绕）法制造的玻纤增强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。 表1 GF/EPR与钢的性能比较 玻璃含量GF/EPR（玻纤含量80wt%) AISI1008 冷轧钢

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

环氧树脂增韧改性技术研究进展和新方法及其机理_刘野

综术与专论 S UMMAR I Z ATION AND SPEC IAL COMMENT 收稿日期:2007-01-03 作者简介:刘野(1979-),男,黑龙江巴彦人,研实员,研究方向胶黏剂测试。 环氧树脂增韧改性技术研究进展和新方法 及其机理 刘　野,　杜　明 (黑龙江省石油化学研究院,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:简单介绍了环氧树脂技术的研究进展和近期的主要应用,并概述了环氧树脂的改性技术。主要介绍了增韧改性的一些新方法,包括热塑性树脂增韧、互穿网络增韧、热致性液晶增韧、原位聚合增韧、核壳结构聚合物增韧等,主要介绍了用橡胶弹性体、热塑性树脂、刚性粒子、核壳型结构聚合物来增韧环氧树脂,以及环氧树脂绝缘性、耐湿热性和阻燃性等的改进方法,并对其中的增韧机理作了总结分析。最后本文综述了环氧树脂增韧改性技术发展及其未来展望。 关键词:环氧树脂;增韧;改性 中图分类号:T Q 433.437 文献标识码:A 文章编号:1001-0017(2007)03-0197-05 Research Pr ogress in Modificati on Techniques,Ne w Methods and Mechanis m of T oughening Epoxy Resins L I U Ye and DU M ing (Heilongjiang Institute of Petroche m istry,Harbin 150040,China ) Abstract:Research p r ogress and recent app licati on of epoxy resin are summarized aswell as the modificati on techniques .The ne w methods of t ough 2ening epoxy resins,such as ther mop lastic resin,for m ing inter penetrating net w orks poly mer,in -situ poly merizati on,ther motr op ic liquid crystalline poly 2mer and core -shell latex poly mer are intr oduced .Novel methods of t oughening epoxy resin with rubbers,elast omers,ther mop lastic resins,rigid particles and core -shell structure poly mers are detailed .And the methods of i m p r oving insulati on,resistance t o wet heat and fla me retardati on of epoxy resin are als o intr oduced as well as their mechanis m s .The devel opment and p r os pect of modificati on techniques of epoxy resin are p resented at the end of this pa 2per . Key words:Epoxy resin;t oughening;modificati on 前　言 环氧树脂是一类重要的热固性树脂,是聚合物 复合材料中应用最广泛的基体树脂。环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶黏剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料 及先进复合材料等领域得到广泛应用[1] 。常见的环氧树脂主要有2种类型,一种是双酚A 缩水甘油醚型环氧树脂。通常被称为双酚A 环氧树脂,占环氧树脂总产量的90%,可由2,2’-双对羟基苯基丙烷(双酚A )与环氧氯丙烷在碱存在下聚合而得;另一种是高官能度环氧树脂(分子中具有2个以上环氧基)。它可由线型酚醛树脂和环氧氯丙烷聚合得 到,也可由4,4′-二氨基二苯甲烷或4,4′-二胺基二苯醚与环氧氯丙烷缩合得到。由于纯环氧树脂具有高的交联结构,因而存在质脆,耐疲劳性、耐热性、抗冲击韧性差等缺点,难以满足工程技术的要求,使其应用受到一定限制,因此对环氧树脂的改性工作一直是中外研究的热门课题。 传统的增韧方法,如用端羧基丁腈橡胶等橡胶弹性体来改性环氧树脂,在基础研究和应用开发方面都取得了较大成果,但是,这种改性的结果常常是冲击强度得到显著提高,而相应固化物的耐热性和模量随之下降,因而往往不尽人意。近年来国内外学者致力于研究一些新的改性方法,如用耐热的热塑性工程塑料和环氧树脂共混;使弹性体和环氧树脂形成互穿网络聚合物(I P N )体系;用热致液晶聚合物对环氧树脂增韧改性;用刚性高分子原位聚合

水性环氧树脂固化剂的研究进展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/ff19211186.html, 水性环氧树脂固化剂的研究进展 作者：高念潘恒管蓉 来源：《粘接》2016年第09期 摘要：概述了水性环氧固化剂改性的原理，介绍了水性环氧固化剂改性的3种方法，同时综述了第Ⅰ代、第Ⅱ代水性环氧固化剂的国内外研究进展，并对水性环氧固化剂的发展趋势进行了展望。 关键词：环氧树脂；水性环氧固化剂；改性；研究进展 中图分类号：TQ323.5 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2016）09-0062-04 水性环氧涂料体系在保留传统环氧体系所具有的优异附着性、热稳定性、耐化学品性、绝缘性等特性的基础上，以水为分散介质，不含或只含有少量有机溶剂，是一类环境友好的高分子材料。随着对环境保护的要求日益严格，不含挥发性有机溶剂（voc）或低挥发性有机溶剂、不含有害空气污染物（NHAP）的水性环氧体系已成为当前研究的热点。在环氧树脂固化剂中，胺类固化剂种类多、用量大、用途广，但是一般的胺类固化剂在常温下挥发快、毒性大、固化速度较快、配比要求严格、甚至会吸收二氧化碳降低固化效果。而水性环氧固化剂是经过对传统的胺类固化剂改性而得，它克服了未改性胺类固化剂的缺点，不影响涂膜的物理和化学性能，且以水为溶剂，VOC含量符合环保要求。本文概述了水性环氧固化剂的改性原理，并介绍了水性环氧固化剂改性的几种方法，同时介绍国内外水性环氧树脂固化剂的研究现状。 1 水性环氧固化剂的改性原理 要使环氧树脂与固化剂之间能充分混合、固化，就要使2者的溶解度参数相匹配。溶解度参数大的固化剂与疏水性的环氧树脂间的溶解度参数差异较大，得到的涂膜的综合性能不好；而溶解度参数小的固化剂与环氧树脂溶解度参数匹配，但它难溶于水，不能稳定地分散在水中，因此，需对其进行改性。水性环氧固化剂改性的原理是对多元胺进行改性，使其成为具有亲环氧树脂结构的水性环氧固化剂，同时该固化剂又作为阳离子型乳化剂完成对环氧树脂的乳化。用该方法制备的水性环氧树脂乳液具有良好的稳定性，并且由于环氧树脂组分不需进行亲水改性，可以保证涂膜的耐化学药品性能良好。 2 水性环氧固化剂改性方法 常用的水性环氧固化剂大多为多元胺或其改性产物。其中，改性产物主要利用其分子中胺基上的活泼氢与环氧树脂分子中的环氧基发生反应进行改性。多元胺常用的改性方法有以下3种：（1）由多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化的多胺；（2）由二聚酸与多元胺进行缩合而成的聚酰胺；（3）由多元胺与环氧树脂加成得到的多胺一环氧加成物。这3种方法均采用在

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

水性环氧树脂固化剂的研究进展

水性环氧树脂固化剂的研究进展 概述了水性环氧固化剂改性的原理，介绍了水性环氧固化剂改性的3种方法，同时综述了第Ⅰ代、第Ⅱ代水性环氧固化剂的国内外研究进展，并对水性环氧固化剂的发展趋势进行了展望。 标签：环氧树脂；水性环氧固化剂；改性；研究进展 水性环氧涂料体系在保留传统环氧体系所具有的优异附着性、热稳定性、耐化学品性、绝缘性等特性的基础上，以水为分散介质，不含或只含有少量有机溶剂，是一类环境友好的高分子材料。随着对环境保护的要求日益严格，不含挥发性有机溶剂（voc）或低挥发性有机溶剂、不含有害空气污染物（NHAP）的水性环氧体系已成为当前研究的热点。在环氧树脂固化剂中，胺类固化剂种类多、用量大、用途广，但是一般的胺类固化剂在常温下挥发快、毒性大、固化速度较快、配比要求严格、甚至会吸收二氧化碳降低固化效果。而水性环氧固化剂是经过对传统的胺类固化剂改性而得，它克服了未改性胺类固化剂的缺点，不影响涂膜的物理和化学性能，且以水为溶剂，VOC含量符合环保要求。本文概述了水性环氧固化剂的改性原理，并介绍了水性环氧固化剂改性的几种方法，同时介绍国内外水性环氧树脂固化剂的研究现状。 1 水性环氧固化剂的改性原理 要使环氧树脂与固化剂之间能充分混合、固化，就要使2者的溶解度参数相匹配。溶解度参数大的固化剂与疏水性的环氧树脂间的溶解度参数差异较大，得到的涂膜的综合性能不好；而溶解度参数小的固化剂与环氧树脂溶解度参数匹配，但它难溶于水，不能稳定地分散在水中，因此，需对其进行改性。水性环氧固化剂改性的原理是对多元胺进行改性，使其成为具有亲环氧树脂结构的水性环氧固化剂，同时该固化剂又作为阳离子型乳化剂完成对环氧树脂的乳化。用该方法制备的水性环氧树脂乳液具有良好的稳定性，并且由于环氧树脂组分不需进行亲水改性，可以保证涂膜的耐化学药品性能良好。 2 水性环氧固化剂改性方法 常用的水性环氧固化剂大多为多元胺或其改性产物。其中，改性产物主要利用其分子中胺基上的活泼氢与环氧树脂分子中的环氧基发生反应进行改性。多元胺常用的改性方法有以下3种：（1）由多元胺与单脂肪酸反应制得的酰胺化的多胺；（2）由二聚酸与多元胺进行缩合而成的聚酰胺；（3）由多元胺与环氧树脂加成得到的多胺一环氧加成物。这3种方法均采用在多元胺分子链中引入非极性基团的方法，使得改性后的多胺固化剂具有两亲性结构，以改善与环氧树脂的相容性，其中第3种改性方法应用得最为普遍。 2.1 酰胺化多胺

天然植物纤维增强环氧树脂复合材料研究进展_陈健

第44卷第5期 2010年9月生 物 质 化 学 工 程B iomass Che m ical Eng i n eering V o.l 44N o .5 Sep .2010 天然植物纤维增强环氧树脂复合材料研究进展 收稿日期:2010-06-22 基金项目:国家863计划资助(2007AA 100704);国家林业局948创新重大项目(2006-4-C03);国家林业局948引进项目 (200-4-77)。 作者简介:陈健(1980-),男,江苏江都人,助理研究员,主要从事天然资源化学利用及环氧树脂高分子材料研究 *通讯作者:孔振武,研究员,博士,博士生导师,主要从事天然资源化学利用及聚合物高分子材料研究;E -m ai:l kongzhenw u @yahoo .co https://www.sodocs.net/doc/ff19211186.html, 。 陈健1,孔振武1,2*,吴国民1,2,储富祥1,2 (1.中国林业科学研究院林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;国家林业局林产化学工程重点 开放性实验室,江苏南京210042;2.中国林业科学研究院林业新技术研究所,北京100091) 摘 要:从天然植物纤维及其改性方法、基体环氧树脂及特性和复合材料的成型方法等方面综述了近年来国内外利用天然植物纤维增强环氧树脂复合材料的研究进展。 关键词:天然植物纤维;环氧树脂;复合材料 中图分类号:TQ351 文献标识码:A 文章编号:1673-5854(2010)05-0053-07 Researc h Progress on NaturalVegetable F ibres Rei nforced Epoxy Resi n Co mposites C H EN Jian 1,KONG Zhen -wu 1,2,WU Guo -m in 1,2,C HU Fu-x iang 1,2 (1.Institute of Che m ical Industry of Forest P roduc ts ,CAF;N ationa l Eng i neer i ng Lab .for B i om ass Chem ical U tilizati on ;K ey and O pen Lab .on Fo rest Che m ical Eng i nee ri ng ,SFA,N an ji ng 210042,Ch i na ; 2.Instit ute o f N e w T echno logy of F orestry ,CAF,Be iji ng 100091,Ch i na) Abstrac t :It w as rev i ewed on t he progress i n natural vege tab l e fibres re i nforced epoxy resi n com posites a t ho m e and abro ad i n recent years ,wh i ch i nc l udi ng natural vege tab l e fibres and the mod ifi cation m ethods ,epoxy resin ma tr i xes and the character istics ,and t he processi ng m ethods o f co m po sites . K ey word s :natura l vege tab l e fi bre ;epoxy resi n ;co m posites 由于化石资源的日趋短缺,人们在不断寻找新能源、新材料以替代煤炭和石油化工产品,以缓解或解决能源与资源危机。玻璃纤维和碳纤维复合材料在给人类生活带来方便的同时,又给人类带来了资源短缺、回收利用及环境影响等新的问题。利用生物质可再生资源开发环境友好绿色复合材料成为当前世界各国关注和研究的热点之一。天然植物纤维增强环氧树脂复合材料是利用天然可再生植物纤维与环氧树脂基体复合而成的一种新型复合材料。传统环氧树脂复合材料通常以无机粉体、碳纤维和玻璃纤维等为增强体,而天然植物纤维增强环氧树脂复合材料以天然植物纤维为增强体,这为环氧树脂复合材料的应用开辟了新的途径[1-2]。天然植物纤维具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解等优点[3],但存在性能不均一、易吸湿以及与基体树脂相容性差等缺点,在环氧树脂复合材料中的应用受到制约。通过物理、化学方法对天然植物纤维表面改性,可降低植物纤维的表面自由能,增强纤维与基体树脂的界面相容性,从而提高复合材料的综合性能[4]。以天然植物纤维增强环氧树脂复合材料替代木材或玻 璃纤维材料是目前天然植物纤维综合利用的主要途径之一[5]。随着全降解基体高分子材料的不断研 究开发,用天然植物纤维与全降解基体复合制成生物降解复合材料,如以纤维素、淀粉衍生物等天然多聚糖为原料制备可生物降解树脂,再与天然纤维复合制备性能优良的全降解复合材料,可应用于各种环保材料。以天然植物纤维增强的高分子基复合材料将是21世纪环保时代的/绿色产品0,开发轻质、低

环氧树脂研究综述

环氧树脂研究综述 （浙江科技学院生化学院, 杭州, 310023） 摘要：环氧树脂是一种综合性能优良的热固性树脂，其固化物的粘结性、耐热性、耐化学药品性以及力学性能和电气性能优良的特点，是热固性树脂中应用较大的一个品种。但其韧性不足，耐热性能也较低，耐冲击损伤低。本文简单介绍了双酚A环氧树脂的合成方法，主要方法有一步法和二步法。其次，主要介绍了环氧树脂的改性的最新研究，环氧树脂的阻燃改性有包覆红磷环氧树脂的研究，这是一种值得推广的技术；生物基环氧树脂的研究主要介绍了基于松香的生物基环氧树脂和基于衣康酸的生物基环氧树脂，此研究使生产过程更环保，也使产物更安全，性能更优越。再次，介绍了环氧树脂的应用进展，对比较新的液晶环氧树脂、有机硅环氧树脂的应用的介绍，同时也介绍了环氧树脂目前的普遍应用，应用于涂料，胶黏剂、电器工业等。最后是对环氧树脂的研究展望，如新型耐热性环氧树脂、对环氧树脂的阻燃技术和固化剂的研究等。 关键词：环氧树脂包覆红磷生物基环氧树脂应用展望 1、前言： 环氧树脂（Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物

的高分子低聚体(Oligomer）。当聚合度n为零时，称之为环氧化合物，简称环氧化物（Epoxide）。这些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。环氧树脂是一类具有耐腐蚀、电气绝缘、高机械强度等优良性能的高分子材料，在电子、电气、机械制造、化工防腐、航空航天、船舶运输及其他工业领域中起到重要作用，已成为各工业领域中不可或缺的基础材料[1]。 2、环氧树脂的合成： 目前生产最多的是双酚A环氧树脂，主要采用一步法、二步法和混合法。下面是一步法和两步法的简单介绍。 2.1一步法 一步法是把双酚A(BPA)和环氧氯丙烷(ECH)在氢氧化钠作用下进行缩聚,即开环和闭环在同一反应条件下进行的工艺方法。这种方法工艺成熟,目前国内的E-44树脂多是采用这种工艺生产。这种方法的缺点是反应时间长,而且要求环氧氯丙烷大大过量(n(ECH)∶n(BPA)=6～12∶1),环氧氯丙烷消耗较多,增加了反应能耗，副产物多。 2.2二步法 二步法是将开环、闭环分步进行，即首先让双酚A和环氧氯丙烷发生醚化反应,生成氯醇醚,当羟基转化率达到80%～90%后,再一次性加入NaOH水溶液,进行闭环反应。二步法在醚化时也可以选择铵盐、胆碱作为催化剂。有时在醚化反应结束后即进行环氧氯丙烷的回收处理，而在环氧化反应时引入适当溶剂（如甲苯）进行溶解以促进反应的进行。 与一步法比较,二步法反应时间短,操作稳定,温度波动小,易于控制,产生的三废少,质量稳定,产率高,可生产系列环氧树脂。二步法还具有产品环氧值高，分子质量分布窄、粘度低、条件缓和、单体损耗低等优点。二步法的缺点主要是反应工序比较长，物料损耗比一步法稍高。另外，从树脂中除去催化剂（如相转移催化剂）困难，而催化剂有一定的乳化作用,还对树脂的固化过程有影响,能缩短树脂的使用寿命,加大固化反应的放热量。 3.环氧树脂的改性: 环氧树脂的应用十分广泛，所以对它本身的要求也就更高，对于它的改性研究

生物质环氧树脂的研究进展

051收稿日期：2018-04-20 作者简介：李娟（1982-），女，博士，主要从事主链含氧含硫的聚合物的研究。E -mail：hustpolymer @sina .cn 。 生物质环氧树脂的研究进展 李 娟，蔡益波 （国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北 武汉 430070） 摘要：综述了不同类型的生物质环氧树脂（包括木质素环氧树脂、植物油环氧树脂、天然 酚环氧树脂以及其他生物质环氧树脂等）的研究进展。对上述各种生物质环氧树脂的制备方 法、合成条件、反应原理等进行了概述，阐述了生物质原料中碳碳双键环氧化的转化率以及生 物质环氧树脂固化的活化能等，分析了生物质环氧树脂的性能如黏度、玻璃化转变温度、拉伸 强度、断裂伸长率、剥离强度、剪切强度、硬度、介电常数、极限氧指数、残炭率等，并与石 油基的双酚A 型环氧树脂和商业化的脂环式环氧树脂ERL -4221的性能进行了比较。此外，还提 出了生物质环氧树脂的研究建议，为今后合成高性能、低成本和附加值高的生物质环氧树脂提 供相应参考。 关键词：环氧树脂；生物质；木质素；植物油；天然酚 中图分类号：T Q 323.5 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2018）08-0051-05 环氧树脂具有良好的力学性能、化学稳制备方法主要有：将木质素中酚羟基直接与定性和粘接性能，广泛用于涂料、复合材ECH 反应；将木质素中的甲氧基先去甲基化或[1]者通过羟甲基化引入活性基团，再与ECH 反料、建筑材料、粘合剂、电子器件等。通应；先将木质素进行活化处理，然后再与环常，环氧树脂是由双酚A 和环氧氯丙烷氧化合物反应。 （ECH）制备而成。但双酚A 是一种致癌物[8][2]Xin 等采用部分解聚的木质素与ECH 反质，易造成内分泌紊乱，在某些应用领域如应，制备了木质素环氧树脂；同时将桐酸甲食品包装需要用无毒的酚化合物代替双酚A 的[3]酯与马来酸酐进行狄尔斯-阿尔德加成，制备 使用。了生物质环氧树脂固化剂。该木质素环氧树生物质如木质素、植物油、天然酚化合脂与商购的双酚A 环氧树脂（DGEBA）在改性物等，含有与双酚A 类似的酚羟基或者不饱和沥青方面表现出类似的性能。部分水解的木的双键，可以与ECH 反应引入环氧基或者通过[4]质素与ECH 在117 ℃反应能够有效合成木质素双键的原位氧化得到环氧化合物。木质素、[9]环氧树脂，且产率较高。Ferdosian 等采用植物油和天然酚化合物等作为可再生资源，解聚的水解木质素与ECH 反应，制备了木质素来源广泛，产量丰富，成本低，具有可降环氧树脂，并将其与DGEBA 的性能进行了比解、可再生、环境友好等特优点。近年来，[5]较。研究结果显示，采用4,4'-二氨基二苯甲生物质改性的环氧树脂获得了广泛的研究，烷固化后，木质素环氧树脂800 ℃的残炭率丰富了环氧树脂的原料来源，减少了对石油[6]为38%，极限氧指数为32.7%，均高于DGEBA 的产品的依赖，改善了环氧树脂的可降解性，[10]12.5%和22.5%。Ferdosian 同时还发现采降低了成本。本文对近几年来木质素环氧树用50%质量分数的解聚溶剂型木质素基环氧树脂、植物油环氧树脂、天然酚环氧树脂以及脂和50%质量分数的DGEBA 混合物的剥离强度其他生物质环氧树脂等的研究进展进行了综为（7.7±0.3）MPa，高于纯DGEBA 的剥离强 述。[11]度[（6.1±0.2）MPa ]。Zhao 等以来源，于 木质素的2-甲氧基-4-丙基苯酚为原料，先去 1 木质素环氧树脂甲基化反应，然后再与ECH 发生环化反应，制 备了木质素基环氧树脂，获得合适产率和环木质素来源于植物的刚性、无定形芳族氧当量的反应温度为60 ℃以及等物质的量比[7]生物质高分子。木质素的结构中含有反应性的NaOH 与酚羟基。 的酚羟基和脂肪族羟基，有利于通过化学反[12]Sheen 等采用分步反应法制备了木质素 应制备环氧单体。木质素生物质环氧树脂 的

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。