聚氨酯微粉在环氧复合材料中的应用.pdf

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1、第4O卷第2期广州化学V_0l_40No．22015年6月GuangzhouChemistryJun．2015文章编号：1009．220X(2015)02．0041．05聚氨酯微粉在环氧复合材料中的应用杜翠鸣(广东生益科技股份有限公司国家电子电路基材工程技术研究中心，广东东莞523808)摘要：将聚氨酯(PU)微粉MP750与环氧树脂(Epon828)混合、固化，制备得到不同PU添加量的环氧树脂／PU复合材料。研究表明，随着PU微粉的加入，显著提升了环氧树脂复合材料的冲击强度、韧性、剥离强度及粘合力

2、。当PU添加量为15％时，环氧树脂复合材料的剥离强度由原来的1．09N／mm提高到1．8N／mm，层间粘合力从原来的O．71N／mm提高到1．38N／mm，提升率均达60％以上。关键词：聚氨酯微粉；环氧树脂；韧性；粘合力：耐热性中图分类号：TM215文献标识码：A环氧树脂分子结构中含有环氧基、羟基，使其有很强的反应活性和粘合性，对金属、陶瓷、木材等具有优良的附着性。环氧树脂的分子链是碳一碳键合醚键构成，化学性能稳定。环氧树脂固化物收缩率较小，而且具有较高的机械强度，优良的介电性能和电绝缘性好等优点，

3、广泛应用在复合材料基体、胶粘剂、耐腐蚀涂料、绝缘材料等【l】。但由于环氧树脂固化后的产物交联密度大高，存在质脆、冲击强度低等缺点，导致其剥离强度差、剪切强度低、内应力大，易开裂，难以满足不同的工程需求，也大大限制了环氧树脂的应用【2J。如何提高环氧树脂的韧性，改善其冲击强度等一直是国内外环氧树脂材料专家所关注的研究课题之一。现有多种不同的环氧树脂增韧方法，其中橡胶类弹性体增韧技术是研究最早的，发展也较为成熟的方法之一。而聚氨酯弹性体由于强度高，耐磨性好等优异性能，被学者们推崇为是增韧改性环氧树脂的最

4、佳弹性材料之一。但目前大多都是利用聚氨酯与环氧半互穿或互穿网络方式来改善环氧树脂的韧性【3】，这种方式过程控制较为严格，容易导致结构和性能发生改变，而且操作较为复杂，制造成本也较高。本文采用直接添加PU微粉的方式来对环氧进行增韧改性，不仅操作简单，而且增韧效果明显，同时可提高复合材料与铜箔之间的粘合性。当PU微粉添加量为15％时，环氧树脂复合材料的剥离强度由原来的1．09N／mm提高到1．8N／ram，层间粘合力从原来的0．71N／mm提高到1．38N／ram，提升率均达60％以上。1试验1．1原材

5、料及试剂聚氨酯微粉(MP750，东莞三和化工)，环氧树脂Epon828(双酚A型二缩水甘油醚，壳牌)，固化剂4，4’．二甲基二苯砜(DDS，分析纯，国药集团化学有限公司)，丁酮(MEK，成都科龙化工有限公司)。1．2试验仪器N3400扫描电子显微镜，日本Hitachi公司；Q800动态力学分析仪(DMA)，美国TA公司；剥离强收稿日期：2015．212作者简介：杜翠鸣(1983~)，女，硕士，工程师；主要从事高分子复合材料制备及应用的研究。ducm@syst．tom．cn第2期杜翠鸣：聚氨酯微粉在环

6、氧复合材料中的应用43‘§。l邑邑如O2468lOl2‘l416PU用量／％图2复合材料剥离强度与Pu添加量的关系图图3复合材料层间粘合力与PU添加量的关系图2．2PU微粉含量对复合材料热性能的影响复合材料Tg、板材Td(5％loss)与PU添加量关系曲线，如图4、5所示。由图4、5可知，添加PU使复合材料的耐热性(Tg和Td)均呈线性下降趋势，这可能是因为Pu质地较软，其大分子结构也为柔性链段，受力或受热易发生形变，因此Tg会有所下降；另外，由于添加聚氨酯微粉后对整个环氧树脂的固化网络结构发生改变

7、，其柔性链段阻碍了环氧树脂的固化，导致复合材料的Tg下降，同时其Td热分解温度也随之下降。p图4复合材料Tg与PU添加量关系图图5板材Td(5％loss)与Pu添加量关系图2-3环氧树脂／PU复合材料的形貌分析图6为复合材料的断面SEM图。由图6可以看出，不同含量的PU在树脂中的分散性较好，没有出现团聚的情况，说明PU微粉与环氧树脂具有较好的相容性。另外，从图中可看出随着PU含量的增加，断面越来越凹凸不平，裂纹多而分散，呈现出较为明显的贝壳纹理和大量根须状的分支裂纹，并且裂纹均匀分散于树脂复合物，无

8、规律可循，并可以观察到明显的团状颗粒，其分布相对均匀，呈现出韧性断裂的特征，该特征与王晓倩等[4】使用聚氨酯单体对环氧树脂进行化学改性的韧性断裂特征非常相似。结合聚氨酯的形态学理论，分析得出，造成以上韧性断裂形貌的主要原因是聚氨酯微粒质地较软，而且结构中存在大量的柔性链段，这些柔性链段改善了整个网络体系的柔韧性，体系中交联点增多，就像一张网一样，当材料受N#t-力冲击时，聚氨酯中的柔性链段自身产生屈服形变，吸收了部分冲击能量，并容易引发周围的环氧树脂形成微裂纹，但是由