[发明专利]一种环氧合金材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物合金材料领域，具体涉及一种环氧合金材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂是一种优良的热固性树脂，因其具有良好的物理性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热和粘合性能，环氧树脂从涂料、地坪、电子封装料、胶粘剂到纤维增强复合材料领域，从建筑施工、电子电力、运动器材到航天航空等领域，环氧树脂显示了广泛而重要的应用。单纯的环氧树脂一般分子量较低，为液态或粘稠状液体，几乎没有什么力学性能。但加入固化剂后，由于形成三维网状交联结构，其物理机械性能、介电性能、抗化学腐蚀性能等大幅度提高。并且根据固化剂使用的不同，最终材料的性能差别会很大。也因此为环氧树脂的应用和研发提供了广阔的空间。

但是一般环氧树脂的固化材料有些脆性，作为工程材料等应用时，许多场合显示出力学性能不足。对环氧树脂改性的一个重要方法就是与聚合物形成合金。将未反应的环氧树脂与聚合物混合均匀，然后通过加热等手段引发环氧的交联反应。在环氧的反应过程中，环氧的分子量不断增加，溶解度参数（SP）不断改变，逐渐变得与聚合物更不相容，从而使聚合物慢慢从环氧中分离出来。根据环氧的反应速度和聚合物的运动速度的差异与竞争，最终可以形成结构多样的微观相形貌。这种相分离过程就被称为反应诱导的相分离。并且不同的相分离结构对材料的力学性能有重要的影响。也就是说，控制合金材料相分离的过程和相形貌的形成可以改变最终材料的使用性能，这就为材料设计提供了一条重要的可行路径。

温度是调节环氧的反应速度和聚合物的运动速度的一种有效方法。在聚合物的Tg以下，当温度较低时，环氧的反应速度和聚合物的运动速度都会降低，但一般情况下聚合物的运动速度降低的幅度很大，所以使环氧的反应速度相对于聚合物的运动速度有所提高，结果是相分离可以被冻结在早期，从而形成相周期间距较小的环氧合金材料。在低温下固定相形貌以后，为了制造有足够力学强度的环氧材料，常常需要在更高温度下进行后固化，以提高环氧材料的交联度。所以目前主要通过调节温度，来改变最终制品的相间距。非专利文献progress in polymer science,1995,20,119-153中收录的几个例子可以很好的说明这个问题。但是仅靠温度的调节作用是有限的。有时不能达到预期。即使加上不同反应速度的固化剂的调节作用，也是有局限性的。

发明内容

针对环氧合金材料制备方法的局限性，解决仅依靠温度和固化剂固化速度的调节制备微相分离的环氧合金的不足之处，本发明旨在提供一种环氧合金材料的制备方法，通过在分段控温和高压下固化脂肪族环氧树脂和热塑性聚合物以形成合金。

本发明可以通过以下方式实现：

一种环氧合金材料的制备方法，将脂肪族环氧树脂、热塑性聚合物和能与环氧树脂反应的固化剂混合，在分段控温和高压下固化成型得到相分离间距小于2μm的环氧合金树脂固化物。

本发明所述的脂肪族环氧树脂是指链段中不含苯环的环氧树脂。作为示范例可以举出：乙二醇缩水甘油醚（EGDGE），1,4-丁二醇二缩水甘油醚（BDDGE），聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE），聚(丙二醇)二缩水甘油醚（PPGDGE），新戊二醇二缩水甘油醚（NPGDGE），1,2,7,8-二环氧辛烷（DEO），甘油二缩水甘油基醚（GDGE），三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚（TMPTGE）等。

本发明对脂肪族环氧树脂的分子量和环氧值没有特别的限制。优选脂肪族环氧树脂的数均分子量为7000以下，当脂肪族环氧树脂的数均分子量大于7000时，则可能会导致体系粘度高，网络节点少，固化困难。优选环氧值大于0.1eq/100g，当脂肪族环氧树脂的环氧值小于0.1eq/100g，则可能会造成固化困难，力学性能下降。

环氧固化剂种类繁多，并且对最终产品性能有重要影响，因此其选择原则一般是从产品用途和环氧种类出发，选择合适的固化剂。固化剂优选为多元胺类、酸酐类、酚醛树脂类或异氰酸酯类环氧固化剂中的一种或几种。考虑到脂肪族环氧树脂的耐热性，其固化剂进一步优选多元胺类固化剂中的一种或几种,如4,4’-二胺基二苯甲烷、4,4’-二胺基二苯砜、4,4’-二胺基二苯醚、苯胺、邻苯二胺、间苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、或N,N-二甲基苄胺等。环氧固化剂的用量，一般选择其活泼氢与环氧的摩尔比为1：1，特殊情况下也可以改变其配比，但通常固化剂中活性基团的摩尔数为环氧基团摩尔数的0.5-1.5倍。