環(huán)氧樹脂因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn)而廣泛用作復(fù)合材料基體。但因其固化后交聯(lián)密度高、質(zhì)脆等缺點(diǎn)，在很大程度上限制了它在某些高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，所以提高環(huán)氧樹脂的韌性一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。本文在綜述了目前國內(nèi)外環(huán)氧樹脂增韌方法與機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了瀝青增韌環(huán)氧樹脂的新思路，以期獲得成本較低，增韌效果較好，操作簡單，對(duì)環(huán)氧樹脂力學(xué)性能及熱學(xué)性能影響較小的增韌新方法。
瀝青主要成分包括瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分和飽和分，常用作道路鋪建材料。不同含量的瀝青與環(huán)氧樹脂混合，當(dāng)瀝青用量較高而環(huán)氧樹脂含量較低時(shí)，環(huán)氧樹脂可以對(duì)瀝青性能進(jìn)行改善;當(dāng)瀝青含量較少而環(huán)氧樹脂含量較高時(shí)，瀝青則可以起到環(huán)氧樹脂改性劑的作用。目前，人們對(duì)于前者的研究較多，即環(huán)氧樹脂改性瀝青。而后者即瀝青改性環(huán)氧樹脂還鮮有研究。本文主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
向三種環(huán)氧值不同的熱熔預(yù)浸用環(huán)氧樹脂中添加不同含量的瀝青，測試其沖擊性能，探測瀝青對(duì)環(huán)氧樹脂的增韌效果。同時(shí)，研究瀝青對(duì)環(huán)氧體系的拉伸、彎曲及熱學(xué)性能，并用紅外光譜(FTIR)和熱失重(TG)分析瀝青環(huán)氧的化學(xué)特征基團(tuán)的變化及微觀兩相結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%或3%時(shí)，改性環(huán)氧樹脂的沖擊韌性最好，三種樹脂分別較之前的純環(huán)氧樹脂提高77%，106%及100%;拉伸強(qiáng)度分別提高14%，6.5%及8%;彎曲強(qiáng)度分別提高25%，24%及15%。研究表明，以現(xiàn)有的質(zhì)量分?jǐn)?shù)瀝青對(duì)環(huán)氧樹脂的拉伸模量及熱分解溫度并沒有顯著影響。
通過紅外測試分析，發(fā)現(xiàn)瀝青與環(huán)氧樹脂之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，瀝青對(duì)環(huán)氧樹脂韌性的提高主要靠瀝青與環(huán)氧樹脂在界面處的物理咬合作用。SEM觀察發(fā)現(xiàn)，隨著瀝青含量增加，當(dāng)超過2%之后，瀝青顆粒在環(huán)氧樹脂中發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，說明瀝青與環(huán)氧樹脂間的相溶性是影響其對(duì)環(huán)氧樹脂韌性的關(guān)鍵。本文向環(huán)氧瀝青中添加適當(dāng)?shù)鸟R來酸酐偶聯(lián)劑，提高瀝青與環(huán)氧樹脂之間的相容性，以提高瀝青對(duì)環(huán)氧樹脂的增韌效果。
用順酐化的瀝青增韌改性環(huán)氧樹脂，并研究環(huán)氧樹脂的沖擊韌性隨改性瀝青含量的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，加入4%順酐化的瀝青的環(huán)氧/瀝青體系的沖擊能量達(dá)到最大，較未改性的環(huán)氧樹脂提高150%，較未順酐化的瀝青改性的環(huán)氧樹脂沖擊能量提高29%。SEM觀察試樣斷面，發(fā)現(xiàn)添加偶聯(lián)劑后的瀝青在環(huán)氧樹脂中的分散均勻度明顯提高，同時(shí)，通過紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，馬來酸酐的酸酐基團(tuán)被接枝到了瀝青分子上，之后改性瀝青再與環(huán)氧樹脂混合時(shí)，兩者在界面上發(fā)生化學(xué)作用。接枝到瀝青上的酸酐基團(tuán)可以與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，在物理交聯(lián)的基礎(chǔ)上，增加了瀝青與環(huán)氧樹脂界面的化學(xué)交聯(lián)作用。
