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环氧树脂增韧及其阻尼性能的研究
摘要：
环氧树脂在工业制造中应用广泛，但其脆性和缺乏阻尼性能限制了其应用范围。因此，增韧和阻尼性能是目前环氧树脂研究的热点。
本文从环氧树脂的基本结构出发，介绍了增韧和阻尼性能的相关机理以及它们对环氧树脂性能的影响。接着，系统总结了常用的增韧和阻尼剂，包括弹性体、微球、纳米颗粒、碳纤维等，并对它们的性能进行了比较和分析。最后，阐述了环氧树脂增韧和阻尼性能的未来发展方向和前景。
关键词：环氧树脂、增韧、阻尼性能、弹性体、微球、纳米颗粒、碳纤维
一、引言
环氧树脂是一种广泛应用于航空、航天、石油、化工等领域的高性能复合材料，具有优异的力学性能和化学性能。但是，在实际工程应用中，环氧树脂的脆性和缺乏阻尼性能已成为它应用范围受限的主要因素。因此，如何增强环氧树脂的韧性和防止其因应力集中而发生破坏，已成为环氧树脂研究领域的一个热点问题。
二、增韧机理与影响因素
环氧树脂的基本结构包括环氧基、亚胺基和芳香基。环氧基的高反应性使环氧树脂有良好的固化性能，但同时也导致其脆性高。为了降低环氧树脂的脆性，通常采用增韧剂来改善其性能。增韧剂的作用机理可以从以下几个方面来解释：
1.外加能量转化为分子内能
通过增加环氧树脂中的弹性体等增韧剂，可以将外来能量在分子尺度上转化为分子内能，从而使环氧树脂的分子链之间形成交错，增加链间键的数目，提高其斯不拉(Scb)值。
2.均质化分散生长的裂纹及提高韧性
在裂纹生长时，增韧剂可以减少分子链的断裂，影响应力场分布，从而使裂纹停止在弹性体颗粒的界面上，导致分裂延伸而非剥离。弹性体等增韧剂在环氧树脂中的分散、分布情况对复合材料韧性有明显的影响。
3.组成粘滞作用、吸收能量
环氧树脂中添加的一些增韧剂可以与树脂固化剂反应所产生的粘滞力，形成一些物化交联结构，增强了环氧树脂分子链的互相支撑力，并阻碍了裂纹的扩展。其中，仅由化学和物理作用就能形成的互穿网络相结构的增韧剂，使分子链形成复杂的网状结构，更是提高了增韧效果。
三、阻尼性能及影响因素
在使用环氧树脂制成的复合材料中，由于应力集中、外部冲击等原因，会产生高频振动，使得材料损坏，甚至导致破裂。因此，加强环氧树脂的阻尼性能就显得尤为重要。增韧剂的应用还可以尝试提高环氧树脂的阻尼性能，主要取决于增韧剂的形态、尺寸、表面性质和导电性等。
1.周期性结构的阻尼
通过增加环氧树脂中的微球等阻尼剂，可以形成周期性结构，而它们的动态效应和吸能性能的变化会形成阻尼性能。
2.复合材料的结构改变
在增韧剂的作用下，形成的网络微结构和大分子链结构的完整性会影响复合材料的阻尼性能，比如增加碳纤维等纤维材料，应用阻尼效果显著。
四、常用增韧剂和阻尼剂
1.弹性体类增韧剂：
弹性体类增韧剂广泛应用于环氧树脂中，如聚丁二烯(PBR)、含苯丙烯(PBA)、聚四氢呋喃(PTHF)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸甲酯(MA)等。聚苯乙烯的增韧效果最好，但其优异的增强效果仅发挥在低温下，同时易引起韧性差的现象。所以，若用于高温固化树脂中，需搭配合适的增韧剂，在平衡增韧性和耐热性之间寻找平衡。
2.微球类增韧剂：
微球类增韧剂是近年来较为新兴的增韧剂之一，分为三种类型：聚氨酯微球、交联物微球和共聚物微球。其中，聚氨酯微球的表面物化特性可以有效改善增韧效果，但其不稳定性较差。
3.纳米颗粒类增韧剂：
纳米颗粒类增韧剂是一种具有晶体结构的增强材料，在环氧树脂中的分散角色较好，使用方便，同时还具有高效的增韧效果和改善环氧树脂力学性能的作用。
4.碳纤维类增韧剂：
碳纤维类增韧剂是在环氧树脂中始终具有广泛应用的一种增韧剂，可提高树脂的强度、韧度和抗压能力。
五、结论和展望
随着社会科技的快速发展，环氧树脂的应用在项目中显得越来越重要。在环氧树脂增韧和阻尼性能的研究方面，虽已取得了一些进展，但仍然存在巨大的发展空间和挑战。相信在未来，随着材料科学和工程技术等领域的交叉融合，环氧树脂在功能和性能方面的创新将会越来越多。