復旦大學高分子科學系聚合物分子工程教育部重點實驗室，通過4種聚醚酰亞胺(PEI)PID、PIM、PIP和PIB改性3種熱固性樹脂(環(huán)氧、氰酸酯以及雙馬來酰亞胺樹脂)的研究，討論了PEI結構、用量、分子質量以及固化劑用量等因素對改性體系的相結構以及力學性能的影響，結果表明控制相結構是增韌基體樹脂的關鍵因素，對基體樹脂增韌的研究有指導意義。據專家介紹，對不同的熱固性樹脂體系需采用不同的結構、配方和固化工藝。PIP改性環(huán)氧體系呈現的雙連續(xù)相結構，PEI改性雙馬來酰亞胺體系，PEI質量分數為5%時呈現了PIM分散粒子相結構。復合材料由于質量輕且具有比一般金屬材料高的比強度(specific strength)，比模量(specific modulus)，廣泛地用于飛行器及結構件上。
盡管金屬基、陶瓷基復合材料近年來有很大進展，然而實用的復合材料中樹脂基體仍然占絕對優(yōu)勢。熱固性樹脂通常用作復合材料基體樹脂，其中包括環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、酚醛樹脂等類型。對基體樹脂進行增韌改性是提高復合材料的性能的關鍵措施之一。這一研究課題表明：PEI質量分數為10%時呈現了雙連續(xù)相結構而PEI質量分數大于15%時呈現了相反轉結構，PIP分子質量為18000或20000時呈現了雙連續(xù)相結構，而對于PIP改性氰酸酯體系高PIP分子質量較低的呈現雙連續(xù)相結構，該體系在120℃固化6h呈現相反轉結構，而150℃或180℃固化形成雙連續(xù)相結構，雙連續(xù)相結構增韌效果明顯。最初使用橡膠共混改性，由于橡膠玻璃化溫度較低，使改性的熱固性樹脂喪失了許多高溫性能。近年來發(fā)展了用耐熱性高、力學性能良好的熱塑性工程塑料如聚酰醚砜、聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚酰亞胺來增韌熱固性樹脂。
這在不降低體系的玻璃化溫度、強度和硬度等優(yōu)點的情況下改善高交聯(lián)體系的韌性。專家介紹說，上世紀80年代初首次報道用Ulteml000R聚醚酰亞胺(PEI)改性環(huán)氧樹脂的研究。李善君等合成了一系列與環(huán)氧樹脂具有良好相容性的結構新穎的可溶性聚醚酰亞胺PEI。在Epon-828和TGD-DM環(huán)氧樹脂體系中取得了非常優(yōu)異的增韌效果。材料斷裂能提高5倍，模量和玻璃化溫度維持不變。對聚合物多相體系的研究表明，多相體系的力學性能及熱、電性能往往是由連續(xù)相決定的。不同的相結構，其體系的性能不同。因此，有效地控制體系的相結構就成為制備高性能復合材料基體樹脂的重要手段。在此基礎上發(fā)展了聚合反應誘導相分離技術。Yamanaka等研究了熱塑性塑料增韌環(huán)氧樹脂中的聚合反應誘導相分離行為，研究表明改性體系的相分離是通過旋節(jié)線相分離(spinodal Decomposition)機理進行，在聚合反應誘導相分離的早、中期階段有可能獲得“雙連續(xù)相”結構。
據專家表示，且在一定條件下可以發(fā)生所謂“相反轉(phase inversion)”的現象，即作為少量組分的熱塑性塑料成為體系的連續(xù)相。由于反轉相結構是由少量的熱塑性塑料構成網狀連續(xù)相而組成的，而體系的力學性能及熱電性能往往以連續(xù)相為主，因此Inoue認為這種結構有利于體系性能的大幅度提高。在相反轉結構中，由于是熱塑性塑料構成連續(xù)相，因此體系在宏觀上將體現熱塑性塑料的力學性能，在熱固性樹脂的性能損失很小的情況下引入了熱塑性塑料的優(yōu)秀性能，使整個體系的性能大幅度提高。有關理論方面的研究很多，為改性體系的研究提供了理論指導。以少量組分的聚醚酰亞胺PEI構成網狀連續(xù)相而形成了“雙連續(xù)”和“相反轉”的相結構。因此控制體系的相結構成為制備高性能復合材料基體樹脂和粘合劑的重要手段。在此基礎上深入開展了新穎聚醚酰亞胺對熱固性樹脂的增韌改性研究。
總之，通過對聚合反應誘導相分離規(guī)律的研究和應用，研究固化反應和相分離速度的各種影響因素，成功獲得了高強度耐熱性能優(yōu)良的、能適用于航空航天工業(yè)的高性能基體樹脂。研究結果表明：聚醚酰亞胺的主鏈結構對改性體系相結構有顯著影響，PIP改性TGDDM體系具有雙連續(xù)相結構；聚醚酰亞胺用量的增大有利于材料韌性的升高。專家還對聚醚酰亞胺分子質量的影響、固化溫度對改性體系的影響進行研究。專家介紹說，關于聚醚酰亞胺改性熱固性樹脂相結構以及對力學性能的影響，通過對聚合反應誘導相分離規(guī)律的研究和應用，研究固化反應和相分離速度的各種影響因素；對于不同的熱固性樹脂采用不同的配方和固化工藝，通過改變化學結構、分子量、用量以及固化溫度等因素控制分相條件和體系相結構，成功制備高強度、耐熱性能優(yōu)良的、能適用于航空航天工業(yè)的高性能基體樹脂。
