Methoden zur Modifizierung der Härte von Epoxidharzen
Dec 30, 2024
Hintergrund Epoxidharz ist ein sehr wichtiges duroplastisches Harz, da reines Epoxidharz viele Epoxidgruppen enthält. Daher ist die chemische Vernetzungsdichte der ausgehärteten Struktur hoch, die Flexibilität der Molekülkette gering und die innere Spannung groß, was dazu führt, dass das ausgehärtete Epoxidmaterial spröder ist und eine schlechte Schlagfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweist.Daher sind die Anwendung und Entwicklung von Epoxidharz in High-Tech-Bereichen mit Anforderungen an Haltbarkeit und Zuverlässigkeit begrenzt. Daher ist es notwendig, Epoxidharz zu härten und zu modifizieren und gleichzeitig seine hervorragenden Eigenschaften beizubehalten. Methoden zur Abhärtung von Modifikationen1. Gummi-Elastomer-verstärktes Epoxidharz Gummielastomere sind die ersten und am häufigsten verwendeten Zähigkeitsvermittler. Gummielastomere, die zum Härten von Epoxidharzen verwendet werden, sind in der Regel reaktive flüssige Polymere (RLP), d. h. die End- oder Seitengruppen weisen aktive funktionelle Gruppen (wie -COOH, -OH, -NH2 usw.) auf, die mit Epoxidharz chemisch reagieren können Gruppen. Faktoren, die die Zähigkeitswirkung von Gummielastomeren bestimmen:a.Die Löslichkeit von Gummimolekülen in ungehärtetem EP. B. Ob Gummimoleküle während des Aushärtungsprozesses des Epoxidgels ausfallen und gleichmäßig im Ring mit geeigneter Partikelgröße und idealer Form verteilt werden können. in Sauerstoffharz. Zu den derzeit häufig verwendeten RLP-Kautschuken und -Elastomeren gehören aminterminierter Nitrilkautschuk (ATBN), epoxidterminierter Nitrilkautschuk (ETBN), hydroxylterminierter Nitrilkautschuk (HTBN), carboxylterminierter Nitrilkautschuk (CTBN) und Polyester-Schwefelkautschuk (PSR). , PUR und Silikonkautschuk (SR) usw. Unter diesen enthält CTBN sehr polare Nitrilgruppen (-CN) und weist eine gute molekulare Flexibilität auf. Sein gehärtetes EP-System bildet eine mikroskopisch kleine Phasentrennungsstruktur „Seeinsel“, die zur Verbesserung der Zähigkeit von Verbundwerkstoffen beiträgt.2. Kern-Schale-Polymer-Epoxidharz Es wird eine gehärtete Epoxidharztechnologie mit Kern/Schale-Struktur-Polymer (CSP) verwendet. CSP-Partikel sind innen und außen mit unterschiedlichen Materialkomponenten angereichert, wodurch ihr Kern und ihre Hülle unterschiedliche Funktionen haben. Im Vergleich zum herkömmlichen EP/RLP-System ist es aufgrund der guten Flockung der CSP-Hülle nach dem Mischen nicht mit EP kompatibel und kann nach der Erstarrung eine vollständige „See-Insel“-Phasentrennungsstruktur bilden. Durch die Steuerung der Kern-Schale-Materialkomponenten und der Partikelgröße kann die Zähigkeit von EP deutlich verbessert werden.3. Mit thermoplastischem Harz gehärtetes Epoxidharz Aufgrund des niedrigen Molekulargewichts von Kautschukelastomeren verringert deren Einführung in EP die Festigkeit, den Modul und die Hitzebeständigkeit des ausgehärteten Produkts. Um diese Probleme zu lösen, haben Forscher Eigenschaften mit hoher Zähigkeit, hoher Festigkeit und hoher Hitzebeständigkeit entwickelt. Der TP-Zähigkeits-EP-Ansatz kann die EP-Zähigkeit deutlich verbessern. Zu den häufig verwendeten TPs gehören Polysulfon (PSF), Polyethersulfon (PES), Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyphenylenether (PPO) usw. 4. Thermotropes Flüssigkristallpolymer (TLCP) gehärtetes Epoxidharz Thermotropes Flüssigkristallpolymer (TLCP) ist ein TP-Typ mit besonderen Eigenschaften. Seine Molekülstruktur enthält eine gewisse Menge flexibler Segmente und eine große Anzahl mesogener starrer Einheiten (Methylstyrole, Ester, Biphenyl usw.), die eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften wie Modul und Selbstverstärkung sowie eine bessere Wärmeentwicklung aufweisen Widerstand. Flüssigkristall-Epoxidharz (LCEP) bietet die Vorteile von EP und Flüssigkristall, ist gut mit EP kompatibel und kann zum Härten von Epoxidharz verwendet werden.5. Polymer-interpenetrierende Netzwerkstruktur (IPN) gehärtetes Epoxidharz IPN verbessert nicht nur die Schlagzähigkeit und Zähigkeit von Verbundwerkstoffen, sondern erhält auch deren Zugfestigkeit und Hitzebeständigkeit oder verbessert sie sogar. Dies liegt daran, dass im Gegensatz zu mechanischen Mischungen die Materialien der Polymerkomponenten in IPN auf der Ebene der Molekülsegmente verwickelt und durchdringt sind und somit „erzwungene Einschlüsse“ und „synergistische Effekte“ zeigen. 6. Hyperverzweigtes Polymer (HBP) gehärtetes Epoxidharz Der Mechanismus des HBP-Epoxidharzes besteht darin, funktionelle Gruppen in der äußeren Schicht der HBP-Moleküle anzuordnen, was den Grad der Molekülkettenverschränkung im System verringert und die Kristallinität verringert, wodurch die Phasenstruktur von EP reguliert und die Zähigkeit des Harzsystems verbessert wird . Einige Wissenschaftler haben hyperverzweigtes Polyurethan (HBPu) mithilfe einer Quasi-Einschritt-Methode synthetisiert und es dann zur Verstärkung von säureanhydridgehärtetem Bisphenol-A-Glycidylether (DGEBA) verwendet. Untersuchungen zeigen, dass nach der Einführung von HBPu die Harzviskosität des ungehärteten EP-Systems deutlich reduziert wird; die Schlageigenschaften von ausgehärtetem EP werden deutlich verbessert. 7. Nanopartikelgehärtetes Epoxidharz Nanopartikel sind aufgrund ihrer synergistischen Wirkung auf die Festigkeit und Zähigkeit von Polymeren, die auf Eigenschaften wie Nanopartikel-Oberflächeneffekte und Quantengrößeneffekte zurückzuführen ist, zu einem der aktuellen Themen der Materialforschung geworden. Unter diesen werden anorganische Füllstoffe aufgrund ihrer geringen Kosten, der geringen thermischen Ausdehnung und Schrumpfung sowie des hohen Elastizitätsmoduls und der Schlagzähigkeit der hergestellten Verbundmaterialien häufig verwendet. Zum Beispiel: Nano-Zirkonoxid (ZrO2) usw. Kohlenstoffnanomaterialien, einschließlich CNT und Graphen (GE), weisen aufgrund ihrer einzigartigen ein- und zweidimensionalen Strukturen ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auf, wodurch sie sich besser für die Verbesserung der mechanischen, elektrischen, thermischen und Barriereeigenschaften der Polymermatrix eignen . Eigenschaften sind derzeit ein heißes Forschungsthema in der Materialmodifikation. Aufgrund der geringen Oberflächenaktivierungsenergie von Kohlenstoff-Nanomaterialien ist ihre Kompatibilität mit EP nicht ideal, daher haben Forscher die Kohlenstoff-Nanomaterialien für den Einsatz modifiziert. Organische Nanoelastomere wie Carboxyl-Nitril-Elastomere, Butylbutylen-Elastomere usw. weisen neben den Eigenschaften von Nanomaterialien auch die Zähigkeit von Elastomeren auf und weisen eine gute Kompatibilität mit EP auf. Sie sind eine Art Elastomer mit breiten Entwicklungsperspektiven. 8. Mit ionischer Flüssigkeit gehärtetes Epoxidharz Ionische Flüssigkeiten sind geschmolzene Salze, die aus anorganischen Anionen und organischen Kationen bestehen. Sie sind bei oder nahe Raumtemperatur flüssig. Aufgrund ihrer Nichtflüchtigkeit gelten sie als „grüne Materialien“. Ionische Flüssigkeiten sind „gestaltbar“ und werden als Weichmacher, Schmiermittel, Keimbildner und Antistatika für Polymere verwendet.Einige Wissenschaftler haben ionische Butanflüssigkeiten verwendet, um GE-modifizierte EP-Verbundwerkstoffe zu dotieren, und auch ihre Zug- und Biegeeigenschaften wurden deutlich verbessert. 9. Verbundgehärtetes Epoxidharz Mit der Entwicklung der Technologie haben Forscher erkannt, dass die Verwendung von zwei Zähigkeitsmitteln in Kombination bessere Anwendungseffekte hat als die Verwendung eines einzelnen Zähigkeitsmittels. EP/(GE/KH–GE)/MWCNTs-OH-Komposite wurden durch Zugabe von GE und hydroxylierten mehrwandigen CNTs (MWCNTs-OH) zu EP hergestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass GE/KH–GE und MWCNTs-OH eine synergistische schlagzähmachende Wirkung auf EP haben, ohne die mechanischen Eigenschaften von EP zu beeinträchtigen. 10. Der Härter für flexible Segmente macht Epoxidharz härterMethoden zur Modifizierung von EP, die auf physikalischen oder chemischen Prinzipien basieren, weisen Nachteile auf, wie z. B. komplexe und langwierige Prozesswege. Durch die Verwendung makromolekularer Härter, die flexible Segmente enthalten, werden die flexiblen Segmente nach der Aushärtung des EP auf natürliche Weise mit dem Harzsystem verbunden. Im dreidimensionalen vernetzten Netzwerk verbessert es einerseits die Flexibilität der Moleküle und fördert die plastische Verformung der Harzstruktur. Andererseits erzeugen die flexiblen Segmente auch mikroskopisch kleine Phasentrennungsstrukturen im Harzsystem, die Spannungskonzentrationen mildern können. Daher können Härtungsmittel für flexible Segmente die Zähigkeit von EP erheblich verbessern, ohne die Prozesskomplexität zu erhöhen. Im Vergleich zu herkömmlichen starren aromatischen Aminhärtern weist das Harzsystem nach der Aushärtung von EP mit aromatischen Aminhärtern (RAn), die flexible Gruppen wie Etherbindungen (-O-) und gesättigte Alkanketten [-(CH2)n-] enthalten, eine auf besser Die Zugeigenschaften und Schlageigenschaften wurden bis zu einem gewissen Grad verbessert. Ausblick Mit einem tiefgreifenden Verständnis des Zähigkeitsmechanismus und basierend auf der kontinuierlich verbesserten Materialgenomtechnologie können auf der Grundlage der traditionellen Zähigkeit und Verstärkung neue Zähigkeitsmethoden/-prozesse und die Entwicklung neuer multifunktionaler Zähigkeitsmittel weiter verbessert werden. Thermische Eigenschaften und ausgestattet mit Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wellenabsorption, elektromagnetische Abschirmung, Dämpfung und Stoßdämpfung.
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