環(huán)氧樹(shù)脂改性與應(yīng)用的研究進(jìn)展

    隱形技術(shù)是當(dāng)代海、陸、空、天、電磁五位一體的立體化戰(zhàn)爭(zhēng)中最重要、最有效的突破戰(zhàn)術(shù)措施之一，也是當(dāng)今最熱門(mén)的軍事科技之一。現(xiàn)代軍事技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了“目標(biāo)只要被發(fā)現(xiàn)，就能被命中，只要被命中，就能被摧毀”的水平。隱身技術(shù)作為提高武器系統(tǒng)生存和突防能力的最有效手段，受到世界各國(guó)的高度重視。而隱身材料的發(fā)展作為隱身技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。  
    隱身涂料是固定覆蓋在武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的隱身材料。由于隱身技術(shù)是相對(duì)于探測(cè)手段而言的，所以雷達(dá)吸波材料與紅外隱身材料的隱身機(jī)理不盡相同，雷達(dá)吸波材料要求有高吸收率、低反射率，而紅外隱身材料要求有低的發(fā)射率。  
    涂料通常由顏料和粘合劑配制而成。粘合劑是涂料的主要成膜物質(zhì)，也是影響隱身涂層發(fā)射率的主要因素之一。為降低隱身涂料的發(fā)射率，即有較低的紅外吸收率，又有較好的物理機(jī)械性能的紅外透明聚合物是較理想的紅外隱身涂料粘合劑。目前雷達(dá)吸波涂料采用的樹(shù)脂有聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、氯丁橡膠等。現(xiàn)有的這些樹(shù)脂都不能完全滿(mǎn)足飛行器的使用要求。  
    為了滿(mǎn)足飛行器隱身的要求，飛行器吸波涂層所使用的膠黏劑一般應(yīng)滿(mǎn)足以下條件(以下數(shù)據(jù)為吸收劑體積含量為50%左右時(shí)的要求)：附著力(與鋁合金)10-15MPa；柔韌性10-15mm；耐沖擊強(qiáng)度50cm；剝離強(qiáng)度100N/cm；剪切強(qiáng)度10MPa；適用溫度-55-150℃；同時(shí)，為了滿(mǎn)足施工方便的需要，固化溫度不應(yīng)超過(guò)80℃，最好是在室溫。在改性過(guò)程中，應(yīng)注意到官能團(tuán)基數(shù)越大，熱變形溫度越高。官能團(tuán)基數(shù)相同時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量小的熱變形溫度高，內(nèi)聚強(qiáng)度也隨之增大，柔性變差。官能團(tuán)基數(shù)小而相對(duì)分子質(zhì)量大的環(huán)氧樹(shù)脂，分子鏈越長(zhǎng)，其吸波涂層柔性越好，但相對(duì)分子質(zhì)量越大越易在與金屬接觸時(shí)產(chǎn)生缺陷，與金屬界面接觸點(diǎn)密度越小，而使附著力下降。同時(shí)，受分子鏈纏繞效應(yīng)的影響，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子運(yùn)動(dòng)越困難，工藝性能也越差。同時(shí)，樹(shù)脂材料力學(xué)性能與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越大，熱變形溫度越高，附著力越強(qiáng)，耐熱性好，但同時(shí)剛性增大，柔韌性變差。交聯(lián)度越小，熱變形溫度越低，在熱變形溫度以上，鏈段易于運(yùn)動(dòng)，附著力變差，耐熱性變差，柔韌性變好。環(huán)氧樹(shù)脂涂層具有優(yōu)異的附著力，高填充量，耐化學(xué)藥品，防腐蝕和耐水性，但制得的雷達(dá)吸波涂層柔韌性較差，必須對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂固化體系進(jìn)行改性。環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)良的物理化學(xué)性能只有通過(guò)與固化劑發(fā)生交聯(lián)聚合作用才能得以實(shí)現(xiàn)，固化劑自身的結(jié)構(gòu)和性能在環(huán)氧樹(shù)脂配方技術(shù)中占據(jù)重要的地位。  
    黃德歡等通過(guò)對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行高溫NaOH處理，使碳管在其表面產(chǎn)生比較多的孔洞，提高碳納米管的表面活性；制備的吸波隱身復(fù)合材料具有良好的雷達(dá)吸波效果和可控吸收頻段，這種吸波復(fù)合材料的體積電阻率在106-107Ω·cm數(shù)量級(jí)，具有優(yōu)良的抗靜電的能力。趙東林等用豎式爐流動(dòng)法，以鐵為催化劑，硫?yàn)橹呋瘎綖樘荚赐ㄟ^(guò)催化裂解反應(yīng)制備了碳納米管，將碳納米管潤(rùn)濕，然后加入環(huán)氧601樹(shù)脂，均勻攪拌并超聲，使碳納米管與環(huán)氧601樹(shù)脂膠粘潤(rùn)濕，攪拌均勻后，再加入固化劑。把混有碳納米管的環(huán)氧樹(shù)脂涂料涂覆于鋁板上，制成碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂涂層，固化后測(cè)試其在8.2~12.4GHz的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，并測(cè)試其在8~18GHz的微波吸收性能。發(fā)現(xiàn)碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂涂層是一種很好的微波吸收材料。  
    4、環(huán)氧樹(shù)脂其他性能改性  
    環(huán)氧樹(shù)脂其他性能的改進(jìn)：聚二甲基硅氧烷具有卓越的柔性與獨(dú)特的低表面能，是改性環(huán)氧樹(shù)脂的理想材料，但兩者不相混溶，通過(guò)在聚二甲基硅氧烷分子鏈上引入能與環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基反應(yīng)的官能團(tuán)如羥基、羧基、氨基等基團(tuán)是改進(jìn)二者相容性的一條重要途徑。要提高環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的耐濕熱性能，就要減少樹(shù)脂基體分子結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)，使樹(shù)脂基體與水的相互作用降低，從而降低樹(shù)脂基體的吸水率；同時(shí)優(yōu)化復(fù)合材料的成型工藝，減少?gòu)?fù)合材料在成型過(guò)程中產(chǎn)生的微孔、微裂紋、自由體積等也能提高其耐濕熱性能。用含有端胺基的苯胺二苯醚樹(shù)脂作固化劑改性環(huán)氧樹(shù)脂，得到的復(fù)合材料在空氣氣氛中的初始分解溫度為305℃，表觀(guān)分解溫度為308℃，溫度指數(shù)為189。此外，增大環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)度、加入耐熱聚合物及形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)等也可提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐濕熱性。赤磷(P)和ATH配合能提高環(huán)氧樹(shù)脂的阻燃效果，其中P按凝聚相機(jī)理，ATH按氣相和凝聚相機(jī)理發(fā)揮阻燃作用，二者配合使用可通過(guò)降低環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的失水溫度，促進(jìn)失水物炭化，抑制赤磷燃燒等方式來(lái)發(fā)揮凝聚阻燃協(xié)同效應(yīng)。雙馬來(lái)酰亞胺耐熱性能較好，利用其改性環(huán)氧樹(shù)脂可以大大提高環(huán)氧樹(shù)脂高溫下的粘合強(qiáng)度。關(guān)長(zhǎng)參等以雙馬來(lái)酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)指、芳香二胺為原料制備出了新型的環(huán)氧樹(shù)脂增韌體系。該體系耐熱性好、粘合性能優(yōu)異，室溫下及200℃測(cè)其剪切強(qiáng)度(45#鋼/45#鋼)幾乎沒(méi)有變化。  
    總之，改性環(huán)氧樹(shù)脂在性能、應(yīng)用方面有了質(zhì)的飛躍，使得改性環(huán)氧樹(shù)脂在“綠色涂料”、隱身涂料、表面化學(xué)、材料成型、阻燃性能等方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，電器、電子材料和復(fù)合材料對(duì)EP的要求越來(lái)越高。相信改性環(huán)氧樹(shù)脂研究會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展，用途也將會(huì)更加廣泛。