摘 要

耐高温环氧树脂作为一种高性能树脂，其固化物脆性较大一直是限制耐高温树脂发展的瓶颈所在。传统增韧技术往往存在“增韧不增强、增韧不耐热”的弊病。

本课题将自制端环氧基聚苯乙烯低聚物（PSG）用于耐高温环氧AG-80与酸酐体系的增韧改性研究。采用简支梁冲击试验机、电子万能材料试验机和热变形-维卡软化点温度测定仪分别表征树脂浇铸体的冲击性能、机械性能和耐热性。由SEM电镜照片可知，未改性环氧树脂浇铸体表现为脆性断裂，改性树脂试样的断口比较粗糙且断层较多，呈韧性断裂。

结果表明：在AG-80/MeTHPA树脂体系中，当改性剂PSG的分子量为3500~4900，添加量为2~10phr时，树脂体系的冲击韧性先增加后降低，最大为43.07kJ/m²，增幅达128%；当冲击韧性最大时，PSG改性环氧/酸酐树脂体系的HDT为160℃，仅下降了9.09%，而且保持了良好的机械强度。

关键词：环氧树脂；增韧；冲击韧性；聚苯乙烯低聚物

Abstract

High temperature resistant epoxy resin is a thermosetting resin and the brittleness of the curing material is always the bottleneck of the development of high temperature resistant resin. The traditional toughening technology often has the disadvantages of "toughening is not enhanced, toughening is not heat".

In this paper, we used the self-made epoxy terminated polystyrene oligomer (PSG) to study the toughening modification of high temperature resistant epoxy AG-80/ anhydride system. The impact properties, mechanical properties and heat resistance of the resin cast were characterized by the simple beam impact testing machine, universal testing machine and hot deformation - VEKA softening point temperature measuring instrument. The SEM electron microscope showed that the cast body of the unmodified epoxy resin was brittle fracture, and the fracture surface of the modified resin was rough, and the faults were more ductile.

The results showed that in AG-80/MeTHPA resin system, when the molecular weight of the modifier PSG 3500~4900, adding amount for 2~10phr, the impact toughness of the resin system increased firstly and then decreased, maximum 43.07kJ/m² and increase in up to 128%; when the maximum impact toughness PSG change of epoxy / anhydride resin system of HDT to 160℃ only fell 9.09%, and maintained a good mechanical strength.

Key Words：epoxy resin; toughening; impact toughness; polystyrene oligomer

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 耐高温环氧树脂概述 1

1.2.1 环氧树脂的定义与性能指标 1

1.2.2 环氧树脂的特性 3

1.2.3 耐高温环氧树脂的应用 3

1.3 耐高温环氧树脂的增韧研究进展 4

1.3.1 橡胶弹性体增韧耐高温环氧树脂 4

1.3.2 核壳结构聚合物增韧耐高温环氧树脂 4

1.3.3 热塑性树脂增韧耐高温环氧树脂 5

1.3.4 热致液晶聚合物增韧耐高温环氧树脂 5

1.3.5 双马来酰亚胺增韧耐高温环氧树脂 5

1.4 本论文研究目的和主要研究内容 6

1.4.1 研究目的与意义 6

1.4.2 主要研究内容 6

第2章 实验部分 7

2.1 实验原材料及仪器 7

2.1.1 实验原材料 7

2.1.2 实验设备及仪器 7

2.2 低聚物PSG的制备 8

2.3 低聚物PSG增韧改性环氧树脂AG-80试样的制备 9

2.4 固化产物性能测试及表征 9

2.4.1 力学性能测试 9

2.4.2 热性能测试 10

2.4.3 扫描电镜（SEM）测试 10

2.5 本章小结 10

第3章 结果与讨论 11

3.1 引言 11

3.2 低聚物PSG对AG-80环氧树脂体系力学性能的影响 11

3.2.1 冲击强度 11

3.2.2 拉伸强度和弯曲强度 12

3.3 耐热性能分析 13

3.4 增韧机理探讨 14

3.5 本章小结 15

第4章 结论 16

参考文献 17

致谢 19

第1章 绪论

1.1 引言

耐高温环氧树脂作为一种热固性树脂,其固化产物脆性较大一直是限制耐高温环氧树脂发展的瓶颈所在。因此，研究耐高温环氧树脂新型增韧技术或者开发新型的增韧材料是研究的大势所趋。国内外研究学者们对耐高温环氧树脂进行了大量的增韧改性研究，其中，主要集中致力于提高耐高温环氧树脂韧性并尽量保证耐高温环氧树脂优良的耐热性。

由于具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、高温粘结性能，耐高温环氧树脂现已占据较大市场份额，广泛应用于机械制造、电子电器元件、航空航天材料、交通运输管道、建筑材料、胶黏剂、耐热性涂料等各领域。因耐高温环氧树脂分子结构中含有较多活性环氧基，发生固化反应后交联密度大、内应力较大、质脆、耐冲击性和耐候性差，在一定程度上限制了它的应用,耐高温环氧树脂的发展推动了航空航天等高科技领域的发展，而这些高科技领域的发展和进步又对耐高温环氧树脂的性能要求越来越高，如耐冲击性、耐水性、耐候性以及耐化学腐蚀性等，这种种客观要求更是极大地促进了人们在耐高温环氧树脂改性领域的研究积极性^[1]。

本课题主要针对耐高温环氧树脂AG-80的耐热性及增韧改性问题作出研究，就耐热性方面，采用缩水甘油胺类环氧树脂-酸酐固化体系，以便得到耐热性优良的环氧树脂固化物；就增韧改性方面，采用端环氧基聚苯乙烯与环氧树脂共混改性，两者的活性基团环氧基均可与固化剂进行交联，改善了聚苯乙烯与环氧树脂的相容性，从而形成良好的共混体系^[2]。本文在合成端环氧基聚苯乙烯低聚物PSG的基础上，用简支梁冲击试验机、万能试验机和热变形-维卡软化点温度测定仪分别测试环氧树脂浇铸体的冲击性能、常规力学性能和耐热性能。主要研究了PSG低聚物的分子量和添加量对环氧树脂体系冲击性能及热性能的影响。

1.2 耐高温环氧树脂概述

1.2.1 环氧树脂的定义与性能指标

环氧树脂（英文名epoxy resin）是泛指大分子链中平均含有两个或者两个以上活性环氧基团，分子链的骨架主要为有机化合物（脂肪族、芳香族或脂环族等），室温条件下自身无法进行固化交联，在存在某些特定环氧树脂固化剂的条件下，并能通过环氧基团反应形成三维体型交联固化物的热固性高分子低聚物^[3]。由于分子结构中含有大量活泼的环氧基团，使它们可以与多种类型的固化剂进行固化交联反应，最终形成三向网状体型结构的热固性高聚物，从而显示出诸多的优良性能，方便投入使用^[4]。