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何芳，等：光固化树脂基复合材料研究进展67

光固化树脂基复合材料研究进展

何芳王玉林万怡灶黄远
(天津大学材料学院，天津300072)

摘要介绍光固化反应的基本概念、光固化树脂基体的组成及光固化树脂基复合材料用增强材料的种类。阐
述不饱和聚酯树脂、丙烯酸型树脂及混杂体系光固化材料的研究进展。指出对光固化树脂基复合材料用增强材料
的基本要求。展望了光固化树脂基复合材料的发展前景。
关键词光固化树脂基复合材料增强材料

20世纪70年代以前，人们多采用加热的方式进行高分反应。对于不饱和聚酯树脂、丙烯酸环氧树脂或异氰酸酯改
子聚合。随着科学技术的不断发展以及对环保的El益重视，性的丙烯酸固化体系，多采用裂解反应机理的引发剂来引发
光固化技术得到了长足的发展。与传统的热固化相比，光固自由基光固化反应。樟脑醌是双环二酮化合物，在470
化技术具有固化速度快、生产效率高、物理力学性能好、室温nm有最大吸收，因而在紫外光和可见光下都有光活性。
即可固化、适用于热敏材料的涂覆及粘接、可选择固化部位光照下发生氢提取反应，产生自由基，同时樟脑醌类化合物
及节能无污染等优点⋯，已广泛用于印刷制版、感光材料、油对人体无害，可用于引发紫外光和可见光固化，在齿科材料
墨、光纤涂料、光电器件密封材料、医用材料、标牌涂料、透明领域应用广泛。
件粘接等领域，其用量以每年10％～20％的速度增长，仅紫2光固化树脂基体
外光油墨在发达国家就占整个油墨行业的20％_2。光固化光固化技术由德国Bayer公司1968年率先应用于紫外
材料则被誉为环境友好的绿色材料，因此近10年来发展迅光(uV)固化涂料。当时光固化树脂体系主要由不饱和聚酯
速。树脂、苯乙烯及光敏引发剂等组成。由于其性能上的局限
1光固化反应性，几乎只用在木工制品方面。但它作为良好的开端，为当
从广义上讲，辐射固化技术包括紫外光、微波、红外光、今世界的光固化和电子束固化取得的突破性进展奠定了基
激光等的辐射固化，它们利用光的波动性产生激发分子，且础。
波长越短，穿透力越强，固化效果越好。光固化反应属于辐光固化树脂基体与其它树脂基体一样，需要与纤维表面
射固化最常见的一类，该反应所需要的活化能低，可以在很有良好的结合，与纤维有相匹配的弹性模量和断裂伸长率，
大的温度范围内进行，特别是易于进行低温固化J，因此应同时工艺性要好。除此以外，光固化树脂基体还要求自身透
用El趋广泛，研究光固化在新领域的应用也愈来愈受到人们明，并具有与纤维相匹配的折射率，从而得到满意的固化程
的重视。光固化体系具有“适时固化”的特点，即加入引发度。
剂的固化体系在黑暗环境里仍保持稳定，可根据需要随时进作为光固化树脂，应是带有可聚合基团的聚合物(一般
行光照固化，这是一种非常理想的固化方式，它避免了其它称作预聚体)，其分子量一般为1o0o一5o0o，它们是制备光
固化方式为防止过早固化而在用前才将引发剂加入的缺点，固化树脂基复合材料的基础。目前，国外已商品化的光聚合
这是其它固化方式无法比拟的J。表1为光固化、热固化和性预聚物有不饱和聚酯和丙烯酸型树脂两种。丙烯酸型树
电子束固化的比较，可以对几类固化方式有个比较全面的认脂是随着光固化树脂应用范围不断扩大而发展起来的第二
识。代光固化树脂，现已开发了多种。如丙烯酸聚氨酯树脂、丙
表1三种固化方式的比较
烯酸环氧树脂、丙烯酸聚酯树脂、丙烯酸聚醚树脂等，此外还
项目热固化光固化电子束固化有硫醇／烯类体系、阴离子固化环氧体系以及氨基塑料等。
固化时间几分钟至数十分钟几秒至数十秒0．0ls
2．1不饱和聚酯树脂
放热效应大中小
不饱和聚酯树脂是将苯乙烯稀释至65％左右，加入光
反应引发剂不要要不要
溶剂使用量大小(或不用)小(或不用)敏引发剂和添加剂即可用作木工涂料和凸版用树脂。不饱
树脂费用少大中和聚酯可以通过缩聚反应来制备，但是反应温度高，时间长，
操作费用大中小因而其应用受到限制。选择不同的酸和醇及改变其配比，则
在光固化材料中光引发剂被认为是不可缺少的关键组可以制得不同性质的不饱和聚酯树脂以满足制备各种用途
分，其反应机理大致可以分为四大类：裂解反应机理、氢提取的光固化复合材料的要求。
反应机理、能量转移反应机理和离子型反应机理。光引发
剂通过各种反应产生自由基或者正负离子，从而引发光固化收稿日期：2003—08一l9

料J．j2003年，第31卷，第11期

2．2丙烯酸型树脂和丙烯酸酯与乙烯基醚类化合物组成的混杂体系。
(1)丙烯酸聚氨酯树脂(1)丙烯酸酯与环氧化合物混杂光固化体系
丙烯酸聚氨酯树脂是由多元醇、聚异氰酸酯、丙烯酸二苯碘翁盐和三苯碘翁盐是最重要的阳离子光敏引发
羟乙酯、甲基丙烯酸口羟乙酯等通过加成反应而制成的具有剂，在紫外光照射下既能产生强酸