环氧树脂复合材料微纳结构调控及性能研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文
摘 要
环氧树脂是一类重要的高分子材料，凭借其诸多性能优势而获得广泛应用。如何克
服环氧树脂的不足（如质脆），并赋予其更优异的热力学性能和/或新的功能，传统的
环氧树脂改性方法遇到了挑战。本论文以两亲性微相分离聚合物为模板，通过其在环氧
树脂中的微相分离行为，调控复合体系在纳米尺度上有序或无序微相结构的形成，优化
环氧树脂的综合力学性能。具体开展如下多方面工作：
（1）采用叔丁基锂对 SEPS 苯环进行锂化并原位增长 PEG 支链，合成两亲性支化
聚合物 SEPS-g-PEG；通过氯甲基化反应在 SEBS 的苯环上引入苄氯基团，偶合聚乙二
醇支链（PEG）合成支化聚合物 SEBS-g-PEG。采用 GPC、FT-IR、1H-NMR、DSC、SAXS
以及 AFM 系统地研究了两类支化聚合物的结晶结构、微相分离结构随分子拓扑结构的
变化规律。结果表明：在 SEPS-g-PEG 中随着 PEG 链段含量的增加，PS-g-PEG 相在橡
胶相中的微相尺寸逐渐增加，并且结晶度逐渐增加；SEBS-g-PEG 中 PEG 分子量为 350，
较短的分子链不足以折叠形成结晶结构，因此，SEBS-g-PEG 未形成明显的 PEG 晶区。
（ 2 ） 筛 选 固 化 剂 并 优 化 复 合 材 料 制 备 工 艺 ， 分 别 制 备 以 SEPS-g-PEG 或
SEBS-g-PEG 为纳米模板的环氧树脂复合材料，通过 DSC、SAXS、AFM 及 SEM 表征
其微相形貌、尺寸及断面形貌，并测试综合力学性能。结果表明，SEPS-g-PEG 中支化
度较低，其局部牵引力难以形成良好的增容效果。而高支化 SEBS-g-PEG 产生的长程牵
引作用，可有效改善氢键牵引力作用效果，此外，残余苄氯基团与固化剂反应可进一步
提高主链相容性及稳定性。随着 PEG 含量的增加，SEBS-g-PEG 与环氧树脂之间的相
容性逐渐增加，因而冲击韧性逐渐提高，同时弯曲强度损失程度逐渐下降。当 PEG 含
量达到 42 wt%时与环氧树脂基质之间的相容性最佳，浸润程度最大，在基质中形成尺
寸为 20 nm 蠕虫状结构，冲击韧性增加了 111%，而弯曲强度下降小于 3%，实现了复
合材料的增韧保强。
（3）依据 SEBS-g-PEG 分子拓扑结构与环氧树脂纳米复合材料微相结构之间的关
联规律，探索纳米复合材料的形成及增韧机理。相容性链段 PEG 与基质间的氢键作用
力牵引不容性链段 EB 在基质中以纳米微相存在，基质在外力作用下产生银纹并扩散至
EB 微相，而高韧性 EB 可有效阻止银纹的扩散，此外，微相与基质之间具有较强的结
合力越强，剥离过程中消耗的能量越大，进而实现环氧树脂的增韧；同时，对交联网络
的破坏作用随着减小，从而保证复合材料的整体强度。
关键词：环氧树脂；SEBS-g-PEG；微纳结构；冲击韧性；弯曲强度
I
环氧树脂复合材料微纳结构调控及其性能研究
Study on regulating of the nanophase structures and performances of
epoxy nanocomposites
Abstract
Epoxy is one of most important thermoset resins and widely applied in many areas
owing to its su