环氧树脂是目前应用最广的一类热固性树脂,由于其力学性能和工艺性能优异,在电子工业、航空航天、建筑、汽车等领域具有极高的应用价值。但是随着航空航天等领域的不断地进步与发展,对其耐温性能提出了更高的要求。因此,我们需要对环氧树脂进行耐热改性。目前可以通过提高环氧基体的交联密度,使用含刚性结构或多官能度的固化剂,加入耐热填料的方法使环氧树脂耐热性提升。虽然这些方法是十分有效的,但是仍存在不足之处。酚醛环氧树脂由于其官能度高而耐高温性能优于双酚A型环氧树脂。碳硼烷由于其能量吸收效应和大体积屏蔽效应在提高聚合物的耐热性方面已经有了广泛的应用。环二硅氮烷的热稳定性优异,常被用做添加剂提高硅树脂的热稳定性。并且耐热填料的加入也可以提高环氧树脂固化物的热稳定性并降低成本。因此,本文主要从提高环氧树脂胶粘剂耐热性能的角度出发,开展碳硼烷改性环氧树脂胶粘剂耐热性能的基础研究工作。采用官能度高的酚醛环氧树脂作为基体,使用含碳硼烷的固化剂对其固化,实现了分子水平的有机/无机杂化。再通过添加耐热填料和液体橡胶来弥补其在耐热性和韧性方面的不足。系统的研究了聚合物的固化行为、固化物的耐热性能和粘接性能,主要的研究内容和结果如下:1.通过高温固化得到了含碳硼烷环氧树脂胶粘剂,且通过红外表征,确定固化反应的发生。环氧树脂固化物具有优异的热稳定性和热氧化稳定性。碳硼烷含量以及填料用量对其粘接性能有较大的影响。碳硼烷含量为30%的粘接性能最佳,粘接不锈钢材料的剪切强度在室温下为12.3 MPa,500℃老化1小时后仍然可达1.56 MPa,并且固化后的环氧树脂在低温处理后剪切强度得到了提高。2.通过加入酚醛胺室温固化剂得到了可室温固化的含碳硼烷环氧树脂胶粘剂。其固化物具有优异的热稳定性和热氧化稳定性。研究结果表明:聚合物的碳硼烷含量以及填料用量对其粘接性能有较大的影响。通过优化固化工艺后,碳硼烷含量50%的聚合物综合性能最佳。粘接不锈钢材料的剪切强度室温下为15.14 MPa,在600℃下老化一小时后,仍然具有0.9 MPa的粘接强度,加入耐热填料后最高可达1.1 MPa的粘接强度,显示出优异的耐高温性能。3.研究了含碳硼烷聚合物的热降解机理。含碳硼烷环氧树脂在受热时,首先是环氧树脂大分子网络的解聚,产生了水、二氧化碳等。随着温度的升高碳硼烷的结构遭到破坏,树脂体系更容易氧化分解,产生新的氧化硼、甲烷、醇酚类物质。碳硼烷在受热时会与空气中的氧气或者环氧树脂体系中的氧元素发生反应先生成氧化硼覆盖在环氧树脂聚合物表面,从而延缓环氧树脂的降解。4.考察了八苯基环二硅氮烷的引入对环氧树脂热稳定性和粘接强度的影响。通过红外谱图和核磁表征证明环氧树脂和环二硅氮烷之间发生了反应,生成稳定的化学键。通过热重分析可以看出八苯基环二硅氮烷的加入起到延缓胶粘剂体系降解的作用。5.考察了环氧丁羟对环氧树脂的增韧作用。以酚醛胺为固化剂,环氧丁羟为增韧剂制备了环氧树脂胶粘剂。利用扫描电镜观测了环氧丁羟增韧环氧树脂前后的形貌,观察到加入环氧丁羟后环氧树脂由原先的脆性断裂在加入环氧丁羟后转变为韧性断裂。通过分析发现环氧丁羟的加入使酚醛环氧树脂的玻璃化转变温度降低,热分解温度降低。增韧后环氧树脂的力学性能提升。