橡胶/环氧树脂体系Salami结构的形成及其断裂破坏行为的研究

具有Salami结构的复合橡胶粒子对热塑性塑料的增韧效果十分显著（如HIPS），但这种粒子一般只能通过接枝聚合反应制备，这对于热固性的环氧树脂则很难实现。而传统的橡胶增韧环氧树脂体系，都无法形成这种结构的橡胶粒子。本项目通过预交联的粉末橡胶在环氧树脂中的原位溶胀制备具有特殊Salami结构的橡胶粒子，并深入研究橡胶的化学结构和制备条件对最终橡胶粒子Salami精细结构的影响，以实现对其结构的调控。通过静态蠕变以及动态疲劳等实验，探明具有Salami结构的橡胶粒子对环氧树脂断裂破坏行为的影响，并与传统橡胶增韧体系对比，阐明复合橡胶粒子对环氧树脂裂纹生长的控制作用。本项目首次在热固性基体中制备出具有特殊Salami结构的复合橡胶粒子，这种粒子与基体具有理想的介面粘合，并能显著提高环氧树脂的断裂韧性和抗疲劳性能，为制备用于航空、航天领域的高性能环氧树脂复合材料开辟了一条新的技术路线，具有原创性。

环氧树脂具有高刚性、良好的耐高温性能和耐化学药品性等一系列特殊的优异性能，因而广泛用作结构胶黏剂和高性能复合材料的基体。但是固化后的环氧树脂质脆易开裂，使其应用受到限制。环氧树脂的增韧一直是材料领域最为活跃的研究热点之一。.研究发现，在环氧树脂基体中引入第二相的粒子，有助于改善环氧树脂的韧性。其中，以液体橡胶的增韧效果最为明显。但是，液体橡胶的加入，不可避免地导致环氧树脂的模量和强度的大幅下降。形态观察表明，橡胶相以球形粒子的形式分散在基体中，橡胶粒子中无包藏结构。联想到HIPS和ABS中特殊salami结构的橡胶粒子，在大幅提高基体韧性的同时，还能很好地保持其刚性和强度，我们试图通过液体橡胶粒子形态的控制，制备出具有优异性能环氧树脂复合材料。本项目的目的就是通过特殊手段，使得橡胶粒子在环氧基体中形成类似HIPS的salami结构，从而使得环氧树脂在获得高韧性的同时，保持较高的强度和模量。.我们深入分析了传统液体橡胶增韧环氧树脂的制备过程及其固化过程中的反应诱导相分离行为。在此基础上，提出通过液体橡胶的预交联来制备具有这种特殊结构的橡胶/环氧树脂复合材料。结果表明，这一技术路线是十分成功的，我们不仅获得了预想结构的环氧树脂复合材料，而且其力学性能十分优异，得到了杨氏模量、拉伸强度和冲击韧性都明显优于传统液体橡胶/环氧树脂体系的高性能环氧树脂复合材料。对于某些特定的组成，加入液体橡胶的复合物，其强度和模量甚至高于纯的环氧树脂基体，这一结果出乎我们的意外。迄今为止，这一技术路线没有任何人报道过，具有原创性，是本研究的独特之处，也是最为重要的创新性成果。.本研究中采用的技术路线如下：首先将液体橡胶溶于环氧树脂中，然后加入一定量的引发剂（过氧化苯酰），进行预交联反应，之后加入固化剂固化，得到复合物。为了证明这一技术路线具有普遍性，我们首先选择了丙烯腈含量不同的液体橡胶，分别通过传统步骤和本项目提出的新方法，制备了一系列组成相同的复合物，力学性能测试表明，通过预交联制备的复合物，其性能要远优于传统的液体橡胶。之后我们改变固化剂，分别采用酸酐类和胺类固化剂进行固化，也得出相同的结论，证明这一技术具有普适性。.本项目为制备具有高韧性、高强度和高模量的环氧树脂复合材料提供了一条新的技术路线，为新型高性能复合材料的设计提供了一个崭新的思路，具有重大的理论价值和应用价值。