基本介紹
- 中文名：樹脂增韌
- 外文名：toughening of resins
- 方法：熔體共混，複合、共聚
- 過程：在樹脂結構中引入柔性單元
- 目的：提高產品韌性
- 套用：環氧樹脂增韌
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增韌方法
主要增韌方法有：橡膠增韌，將端羧基丁腈(CTBN)、端乙烯基丁腈(VTBN)、端氨基丁腈(ATBN)等橡膠彈性體加入樹脂共混；熱塑性樹脂增韌，向樹脂中加入聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚酮(PEK-C)等熱塑性樹脂；在樹脂中加入長鏈脂肪族化合物或在結構中引入柔性鏈段；用化學共混方法形成互穿或半互穿網路聚合物(IPN)；改變固化劑提高樹脂韌性等。複合材料領域通過5種方法表征其樹脂基體的韌性。其中以衝擊後的壓縮強度(CAl)、通孔板拉伸試驗、通孔板壓縮試驗來表征損傷容限和缺口敏感性，以邊緣分層和層間斷裂韌性表征斷裂韌性。通常用CAI值作為樹脂韌性的判據，按CAI值大小將樹脂分為低韌性(<193MPa)、中等韌性(193～255MPa)和高韌性樹脂(>255MPa)。
環氧樹脂
環氧樹脂種類繁多，用量極大，是碳纖維複合材料中常用的基體樹脂。按固化溫度可分為三大類型，即低溫型(80℃～100℃)、中溫型(100℃～120℃)和高溫型(150℃～180℃)。它們不僅黏結能力強，而且固化後具有一定硬度和良好的力學性能。但是，他們存在嚴重缺點，即固化後發脆、抗衝擊性能不足及抑制裂紋的產生和傳播擴展的能力差。這就需要對其實施增韌改性，提高衝擊後壓縮強度。衝擊後壓縮強度是用來評價複合材料韌性的重要指標，與基體樹脂的韌性和增強纖維的斷裂伸長率等密切相關。因此，製造高性能複合材料需要高強中模、大伸長碳纖維與韌性樹脂相匹配，缺一不可。
增韌原理
增韌改性的基本原理是在外力作用下，抑制裂紋的產生和傳播擴展，使其能夠承載更大的外力。環氧樹脂增韌改性方法中混入彈性體是增韌改性的最好方法之一。尤其是混入熱可塑性樹脂粒子，增韌效果顯著，已用來製造飛機的一次結構件。東麗已掌握“粒子層間增韌技術”。波音和空客認可的、具有代表性的韌性預浸料是T800H/3900-2和TM7/8551-7。P2302層壓板是對環氧樹脂(EP)用熱塑性樹脂(TP)進行增韌改性。在層壓板之間由熱固性樹脂(TS)與熱塑性樹脂(TP)形成不均勻的樹脂層；當受到衝擊時，裂紋擴展(張)通過層間區時被細小的TP粒子所攔阻，衝擊能被彈性形變所吸收，使其裂紋進一步擴展失去驅動力，從而使CAl得到大幅度提高，用來製造大型客機的結構件，最早套用于波音777的一次結構件。T800H/3900-2(P2302)可用來製造承力件地板梁和垂直安定面翼盒，T300/5208隻能製造次承力件擾流板。這種層間增韌新方法所制P2302複合材料，室溫下的拉伸模量為157GPa，壓縮強度為1960MPa，在71℃水中浸泡兩周后，並在82℃條件下測定0℃壓縮強度為1320MPa。
不同的增韌途徑
1)用增韌劑增韌。環氧樹脂固有的脆性抑制了它們的性能表現。為此在結構環氧樹脂中通常加入增韌劑。降低脆性、改善耐衝擊性而不影響其他特性的最佳方法是採用彈性體改性環氧預聚物等。這些預聚物第一代是用改性劑；第二代是用高官能團的環氧樹脂；而第三代則是先進型預聚物。
2)環氧樹脂互穿聚合物網路。這是一種以形成互穿網路(IPN)或半互穿網路(SIPN)體系來改進環氧體系韌性的方法。隨著高分子相容性理論的發展和相容性技術的進展，現在已經可以控制環氧樹脂和熱塑性聚合物的相界面，從而可利用環氧樹脂的合金化有效地改善環氧樹脂的脆性，使固化物的延展率增加，剝離黏接強度提高。
3)高韌性環氧。樹脂基複合材料要進一步推廣套用，必須克服其對衝擊破壞的敏感性。國外已開發國家為了適應航空航天工業對複合材料的要求，進行複合材料基體的韌化研究。
