氰酸酯树脂及其复合材料的研究进展

氰酸酯树脂及其复合材料的研究进展

王跃彪

扬州天启新材料股份有限公司

摘要：氰酸酯树脂作为新型高性能复合材料，在实际应用过程中具有更为显著的热稳定性、耐湿热性特征。当前氰酸酯树脂材料复合材料的应用范围逐步扩大，为高新工业生产行业发展奠定了坚实物质基础。本文就针对以上背景，首先提出氰酸酯树脂及其复合材料研究重要意义，分析氰酸酯树脂及其复合材料应用方向以及研究进展，以供参考。

关键词：氰酸酯树脂；复合材料；研究进展

前言：氰酸酯树脂及其复合材料现阶段被广泛应用在雷达罩、天线、航天航空领域中。仅使用单性氰酸酯树脂材料已然无法满足高新技术发展要求，因此在现阶段氰酸酯树脂及其复合材料发展过程中，也需要从高玻璃化转变温度、耐湿性以及抗阻性等方面入手，氰酸酯树脂及其复合材料进行改性研究，增强氰酸酯树脂复合材料应用优势。

1、氰酸酯树脂及其复合材料概念

氰酸酯树脂及其复合材料被誉为20世纪最具竞争力的高性能结构以及功能性材料。相较于普通树脂材料而言，氰酸酯树脂及其复合性材料具有更加良好的耐高温、耐燃烧性、力学性能等优势，能够在更高温度以及频率振动的环境下保持良好的力学性能以及导电性质。

氰酸酯树脂及其复合材料在加热催化作用下也会出现自聚反应，从而产生出高交联密度的三嗪环形化学结构，热力学及尺寸的稳定性显著[1]。不仅如此，氰酸酯树脂材料还融合了环氧树脂等材料良好的工艺性以及耐热性，能够被有效应用在航天领域精密设施的制造中。

氰酸酯树脂及其复合材料内部包含着两个或多氰辛酸酯官能团，可以通过结合纳米粒子、纳米管以及倍半硅氧烷等材料，增强氰酸酯树脂材料的韧度。

氰酸酯具备良好的高温力学性能。弯曲强度及抗拉强度比双官能团环氧树脂更高、吸水率低、成型收缩率低，尺寸稳定性更强。同时，硝酸酯的耐热性能较好，玻璃化温度在240~260℃之间，最高可达到400℃。改性后的氢酸酯在170度就可固化。同时，氢酸酯的耐湿热性能、阻燃性能以及粘结性能均较为良好，介电常数为2.8~3.2，介电损耗角的正切值为0.002~0.008。介电性能对温度以及电磁波频率的变化均具有稳定性特征。

2、氰酸酯树脂及其复合材料研究进展

氰酸酯树脂是一种新型的高性能基本树脂材料，现已成为复合材料学重要发展趋势。由于氰酸酯树脂的比刚度、强度更为优越，通过应用在航天航空领域等精密机械结构生产过程中，可进一步增强机械结构质量，延长构件使用寿命。当下氰酸酯树脂及其复合材料的发展速度较快，涌现出了不同类的氰酸酯树脂材料。

2.1新型碳纤维氰酸酯树脂复合材料

碳纤维是一种含碳量高达95%以上的增强纤维材料。在实际应用过程中具有高强度、高模量、耐腐蚀性强等优势，现成为军事、民用等工业领域重要生产对象。通过将碳纤维加入到树脂、混凝土、陶瓷等材料中，还可组合成复合材料。

新型碳纤维氰酸酯树脂复合材料的吸湿性能、尺寸稳定性能会优于单一的氰酸酯树脂材料。借助空间环境模拟技术手段，分析原子氧暴露情况，对高模量碳纤维与氰酸酯树脂复合材料的微型外观、质量损失率以及力学性能变化规律进行细致分析，使得新型碳纤维氰酸酯树脂复合材料在实际应用期间的性质表现能够被更为直观的展现出来。

当下相关研究人员使用了溶胶与凝胶相结合手段，制作出了纳米石墨烯等碳纤维氰酸酯树脂复合材料。在复杂多变的空间环境下，纳米石墨烯材料的力学性能、热学性能、尺寸稳定性能抗电子辐射性能更为稳定。材料在电子辐照作用下不会出现损伤。随碳纤维增加、复合材料的表面粗糙也会在空间辐射的增加上而不断增长。

2.2多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料

多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料具有高度对称特征，属于纳米级有机及无机掺杂体具备有机材料及无机聚合材料的应用优势[3]。在多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料实际应用过程中，能够与其他基材树脂材料进行有效融合，可以使用笼形骨架增强树脂基复合材料体系的应用优势。

多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料能够有效改善单一氰酸酯树脂材料的力学性能、热学性能以及抗原子氧化性能。在空间环境下。材料中的硅原子及原子氧会发生反应从而形成无机二氧化硅薄膜。多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料属于性能更加优越的数值体系，可以增强材料，在实际应用环节的看空间辐射能力其抗原子氧化能力，是航空航天领域结构配件使用期间的实验及理论结果能够充分融合在一起。

多面体低聚倍半硅氧烷改性氰酸酯树脂复合材料在高新科技工程生产过程中还可充分发挥出催化剂的作用，固化氰酸酯树脂材料，从而生产出性能更加稳定的碳纤维与氰酸酯树脂复合材料，有效降低固化温度，增强复合材料的优越性能。

通过调整氰酸酯树脂负荷材料中的半硅氧烷含量，也可以切实提升氰酸酯树脂及复合材料的韧度，降低氰酸酯树脂材料在实际应用期间的介电数。

2.3纳米改性氰酸酯树脂复合材料

现阶段纳米材料技术发展速度不断加快，纳米复合材料的制备与性能研究工作也已成为氰酸酯树脂复合材料重要研究趋势。纳米材料主要就是指一维尺寸为1~100毫米量级的复合材料，通过控制纳米材料的分散相可生成无机化合物及有机化合物。纳米材料具有单一氰酸酯树脂材料不具备的物理力学性能、耐热性能以及气体液体隔绝性能，通过将纳米材料与氰酸酯树脂复合材料充分融合，能够进一步扩大复合型材料实际应用范围。

研究人员针对氰酸酯树脂固化物脆性较大问题，提出将纳米材料应用在氰酸酯树脂复合材料研发过程中，借助纳米材料性质增强氰酸酯树脂数值以及碳纤维氰酸酯树脂复合材料的力学性能。借助空间电子辐照测试方式，发现纳米材料也能够有效控制电子复合材料在应用期间的受空间电子辐照影响，进一步提高氰酸酯树脂复合材料的抗真空电子辐照水平。

3、氰酸酯树脂及其复合材料改性研究

3.1热塑性改性氰酸酯树脂材料

在氰酸酯树脂材料改性研究过程中，热塑性是重要的改性方向，通过在氰酸酯树脂内加入一定比例的热塑性树脂，配合使用共同共聚的方式增强氰酸酯树脂复合材料的韧度。将氰酸酯树脂与热塑性树脂混合在一起，还应当结合具体生产要求控制热塑性树脂的添加比例[3]。通常情况下，热塑性树脂的含量越高，氰酸酯树脂复合材料的热度就越好。在热塑性树脂含量较低的情况下，共混物中会出现海岛结构，结构中的储能效果明显，能够防止树脂结构在受力时的裂缝增大。在热塑性树脂混合量提升的情况下，树脂与氰酸酯树脂复合材料会生成连续相的半互穿网络结构，进一步提高氰酸酯树脂负荷材料韧度。

研究人员将聚砜以及氢化物砜作为热塑性材料与氰酸酯树脂复合材料混合，判断热塑性材料对氰酸酯树脂负荷材料韧度的影响。通过分析试验结果，发现在聚砜含量大于20%的情况下，氰酸酯树脂复合材料中的氰酸酯粒子半径会随之缩小。在氢化聚砜含量大于30%的情况下，氰酸酯树脂负荷材料共聚物的韧性会达到最佳状态。

3.2橡胶弹性氰酸酯树脂复合材料

将诸如端氨基丁腈等弹性物质与建议复合材料混合在一起，也能够切实提升氰酸酯树脂中的韧性。因橡胶材料自身的抗热老化能力不足，在混合过程中会嵌入到树脂中，与氰酸酯树脂复合材料混合形成两相结构。

在氰酸酯树脂复活材料受到冲击的情况下，橡胶可承受住绝大部分的应力，产生银纹，从而增加氰酸酯树脂材料韧度以及屈服变形量。经过实验研究，在固化树脂弯曲强度为140MPa的情况下，氰酸酯树脂复合材料弯曲强度可提高34.6%。抗冲击强度可提高48.3%。

总结：总而言之，随经济及各类高新产业发展速度不断加快，氰酸酯树脂及其复合材料的应用优势更加显著。为提高氰酸酯树脂及其复合材料的应用性能，还需要积极引进更为先进的材料研发及应用技术手段，加快氰酸酯树脂及其复合材料的改性研究工作，进一步扩大氰酸酯树脂及其复合材料的实际应用范围，切实保障氰酸酯树脂及其复合材料应用水平。