增韧环氧树脂体系的不对称反应相分离研究及梯度结构的形成与应用

反应诱导相分离，由于其具有形貌结构可调控的特点，在增韧环氧树脂体系的研究中具有重要价值。环氧树脂由于粘结力好、固化后力学性能及尺寸稳定性好等优点在纤维复合材料中具有不可替代的地位，但又由于其固化后通常质脆韧性差的缺点，环氧树脂成为了纤维复合材料在加工过程中层间最薄弱的环节，要改进就必须要对其增韧才能达到应用的要求。在增韧环氧树脂体系的反应诱导相分离过程中，随着环氧树脂固化反应的进行，相分离逐渐发生并发展：分相初期，组分间的粘弹性差异显著，动力学不对称对相分离发展的影响显著；随着反应与分相的进行，组分间的粘弹性效应也在逐渐变化。在我们的研究工作中，就是要研究增韧环氧树脂体系（以环氧树脂/热塑性树脂共混体系为例）的反应诱导相分离、不对称相分离的发展过程及机理，研究层状梯度结构的形成过程及物理原理、并讨论其在纤维复合材料中的应用。

在先进复合材料层间增韧要求的背景之下，环氧树脂/热塑性树脂共混物在应用和基础科研方面获得广泛研究。在初始均相的共混物中，随着环氧的反应、分子量增大，混合熵减小，诱导相分离的发生。由于环氧树脂的分子量和玻璃化转变温度比热塑性树脂的都低很多，两组分的粘弹行为差异较大，动力学不对称控制了分相的过程。. 随着热塑性树脂添加量的不同，可以获得三种类型的形貌结构：低浓度时得到海岛结构，较高浓度时得到相互连接的结节结构，而在中间浓度，通过断面研究发现了一种层状梯度结构。前两种结构文献都有报道，而第三种结构首次发现。本项目对分相的动力学过程进行了原位跟踪和倒空间的时间分辨实验，通过一系列对比讨论发现，这种层状结构正是由于组分间的动力学不对称和相图的迁移、慢组分体积分数快速降低而产生的。中间浓度样品在分相初期形成的双连续结构，其中物理缠结的网络状慢组分相的体积收缩在快组分的流动下得以宏观实现，表现在断面结构上为慢动力学组分离开样品的外部，而在样品的中间部分与环氧树脂形成双连续的结构。动力学不对称在这类体系的反应分相过程中均发生了作用，慢动力学组分的体积收缩现象在较低浓度和较高浓度的样品中均有表现。改变固化反应的温度，动力学不对称作用仍十分明显，而中间浓度样品中的层状形貌结构也没有根本性地改变。. 层状梯度结构在多种环氧树脂/热塑性树脂共混体系中存在，其普遍性和由于动力学不对称作用的存在而形成的必然性，对这类复合材料的制备和应用都具有重要意义。