[发明专利]一种通过环氧基体中嵌段共聚物自发构筑纳米结构制备高韧性复合树脂的方法

说明书

本发明提供了一种通过环氧基体中嵌段共聚物自发构筑纳米结构制备高韧性复合树脂的方法。实验结果证明，与纯的环氧树脂相比，本发明制备得到的PDMS‑PCL/EP复合材料的韧性显著增强：当PDMS₁‑PCL₄含量为40wt％时，具有10‑60nm蠕虫状纳米结构的热固性材料的断裂韧性比纯环氧树脂提高约255％，而球形纳米结构，在相同的添加量下断裂韧性比纯环氧树脂仅提高了42％。与PCL‑b‑PDMS‑b‑PCL/EP复合材料相比，在相同添加量下，本发明制备的PDMS‑PCL/EP复合材料的韧性明显优于PCL‑b‑PDMS‑b‑PCL/EP复合材料，提升幅度达到了97％。这说明本发明在特定比例下制备得到的PDMS‑PCL/EP复合材料的韧性具有显著的优势，取得了预料不到的技术效果，拓宽了环氧树脂的应用领域。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种通过环氧基体中嵌段共聚物自发构筑纳米结构制备高韧性复合树脂的方法。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种优良的高强度热固性树脂，是应用非常广泛的基体材料。EP分子上带有两个或两个以上环氧基团，能与胺类、酸酐类、聚酰胺类物质交联固化，形成高度交联的空间三维网状结构，其固化物具有耐磨性好、耐热性优异、化学稳定性良好、电绝缘性优良、强度高、收缩率低、易加工成型、耐化学试剂、对基材具有良好的黏附性能和价格低廉等优点，作为电子涂装、涂料、电气材料、浇注封装材料、胶黏剂、密封胶的基体树脂，被广泛应用在航空航天、汽车、造船、建筑、铁路交通等国民经济的各个领域。但是EP固化后形成的固化物交联密度高，呈空间三维网状结构，分子链间不易滑动，内应力大，从而导致固化物硬脆、易开裂、耐冲击性和抗剥离性差，在实际应用中难以满足使用要求，使其应用受到一定限制，这些缺点都是EP固化物韧性不足造成的。

当前，对环氧树脂的增韧改性途径主要有橡胶弹性体增韧、树脂合金化增韧、热致液晶聚合物增韧、树枝形分子增韧、纳米粒子增韧以及在交联网络中引入柔性链段增韧等方法。随着纳米技术研究的不断深入，通过引入少量纳米结构单元(如纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米片层等)而制备出的环氧树脂基纳米复合材料可大大提高树脂固化物的抗冲击性能，而其他物理性能很少受到影响，因而纳米增韧改性环氧树脂非常具有应用前景。

文献《Heng Z,Li R,Chen Y,et al.Preparation of damping structuralintegration materials via the formation of nanostructure in triblockcopolymer modified epoxy resins[J].Journal of Polymer Research,2016,23(7):128》公开了PCL-PDMS-PCL三嵌段共聚物对环氧树脂具有较好的增韧作用，其在环氧树脂中为球形结构，当其添加量为20％时，其K_IC值比纯环氧树脂提升了55.56％。其对环氧树脂韧性的提升并不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过环氧基体中嵌段共聚物自发构筑纳米结构制备高韧性复合树脂的方法，它包括以下步骤：

(1)PDMS-b-PCL两嵌段共聚物的制备：在催化剂存在的条件下，由单羟基封端的聚二甲基硅氧烷引发ε-己内酯开环聚合即可；

(2)PDMS-b-PCL/EP复合材料的制备：称取环氧树脂以及PDMS-b-PCL两嵌段共聚物，混匀后加入固化剂后再次混匀，真空除泡、固化即可。

进一步地，步骤(1)中，所述催化剂选自辛酸亚锡、乙酸锌、醋酸亚锡、乳酸锌。

进一步地，步骤(1)中，所述PDMS-b-PCL两嵌段共聚物中PDMS与PCL的分子量之比为1:1-4。

进一步地，所述PDMS-b-PCL两嵌段共聚物中PDMS与PCL的分子量之比为1:3-4。