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摘 要：随着我国科学技术的不断发展，新型复合材料的使用范围得到了不断的拓展，并且相关企业对其关注度也越来越高，特别是低密度环氧树脂基发泡材料的研发应用。低密度环氧树脂基含有的主要原料是双酚，在其中加入了新型的低密度促进剂、发泡剂等，通过控制促进剂、发泡剂的用量以及温度等，来研究低密度环氧树脂基发泡材料的主要性能以及最佳的工艺条件。
关键词：低密度 环氧树脂基 发泡材料 工艺 性能
近年来，低密度环氧树脂基发泡材料在航空航天、汽车制造、军用品制造等领域得到了广泛的应用，并且具有非常广阔的发展前景。低密度环氧树脂基发泡材料的主要功能是是模具浇铸，和传统的乙烯泡沫塑料以及聚氨酯材料相比，不仅力学性能和缓冲性能好，而且还具有较高的耐热性、耐水性。在本文中，采用了实验研究的方法，探讨了新型物理发泡剂、固化剂以及促进剂的用量以及温度条件，研究了低密度环氧树脂基发泡材料应用在模具浇铸时，影响力学性能的各种因素，并重点探讨了模具浇铸时的最佳工艺条件。
一、低密度环氧树脂基发泡材料的研究背景及应用现状
近年来，我国在航空航天以及深海探测等领域得到了快速的发展，人们对环氧树脂基泡沫材料的应用性能要求越来越高，尤其是对泡沫材料的抗压性能。在实际的使用过程中，主承力结构构件不仅会承受大部分的弯曲荷载力，而且还会承受大量的压缩载荷。但是，传统使用的环氧树脂基发泡材料的强度性能比较低，逐渐不能满足当前社会各领域对材料强度性能的高要求，在很大程度上不能均衡强度以及低密度之间的关系。新型低密度环氧树脂基发泡材料的研发，不仅能够满足主承力构件对强度的要求，还在很大程度上提高了模具浇铸的效率。
环氧泡沫材料在经过几十年的发展之后，逐渐形成了三种制备方法：空心微球法、化学发泡法以及物理发泡法。虽然后两种发泡方法的密度比较低，但环氧树脂直接和气相相互结合，导致气孔过大，且很难控制，进而降低了发泡材料的力学性能。
我国低密度环氧树脂基复合材料的研究工作起步比较晚，和其它的国家相比还存在较大的差距，一般情况下，我国在制造环氧树脂基材料的时候，多选用不饱和的聚酯材料作为基体，会根据制作工艺的不同选用不同型号的空心玻璃微珠。在1985年的时候，哈尔滨船舶工程学院研制出了我第一代复合泡沫材料，该复合材料采用了环氧树脂、空心玻璃微珠作为基体材料，并把密度控制在0.5g/cm3，把耐压强度控制在6MPa。在之后的研究中，我国的环氧树脂基材料的研究工作获得了很大的进展，但是和发达国家相比还存在较大的差距，还需要相关工作人员继续进行探讨。
二、低密度环氧树脂基材料的主要优点以及分类
和其它的聚酯化合物相比，环氧树脂基材料的优点主要表现在以下几点：
第一，环氧树脂的粘结强度比较高。环氧树脂分子在经过分解后受羟基以及环氧基等活性因子的影响，很容易和周边的分子发生化学反应，形成化学键，并且环氧树脂基在经过固化之后，还能够生成三维网状型的大型分子。在这些因素的影响下，环氧树脂的粘结力就会不断的增强，可以粘结吸附多种类型的金属材料以及非金属材料。所以，環氧树脂基比较适合当做制作复合材料的基体使用。
第二，环氧树脂在经过固化后，产生的变形率和其它聚酯材料相比较低。环氧树脂在经过化学反应之后，很少会形成低分子的化学生成物，并且，环氧基固化后的残留部分还能够和环氧树脂基中的氢键发生相互缔合的作用，在一定程度上提高了分子排列的紧密度，相应的也就降低了环氧树脂基的固化收缩率。
第三，环氧树脂基的电性绝缘性能比较好。环氧树脂基在完全固化后，会以三维网状的形式呈现出来，该结构不仅没有自由离子以及活性基因，而且树脂基固化后不会吸收水分，这些因素也在一定程度上提高了环氧树脂基的电绝缘性能。
第四，环氧树脂基材料的机械强度比较高。环氧树脂基材料在完全固化之后，分子之间的排列交叉点排列的会非常的紧密，不仅增强了分子之间的相互吸附力，也提高了该材料的机械强度。
第五，环氧树脂基在使用过程中具有较高的稳定性能。由于环氧树脂基固化后，其主链在该过程中会以三维交联结构呈现出来，不仅稳定性高，耐酸碱腐蚀性能也比较高。
第六，环氧树脂基和其它的聚酯化合物相比，其内部分子材料还具有较高的化学加工性能。
目前，环氧树脂基材料还没有形成非常严格的分类方法，通常情况下，人们习惯按照结构对其进行分类，主要有：环氧树脂基、缩水甘油胺类、脂环族等，整体来讲，其分子分布的范围比较广。当前应用比较广泛的环氧树脂基材料为双酚A缩水甘油醚类树脂基。
三、低密度环氧树脂基发泡材料开工艺的实验部分以及结果讨论
（一）低密度环氧树脂基发泡材料开工艺的实验部分
1、低密度环氧树脂基的主要原料
在本文的实验中，采用的是双酚型环氧树脂基材料，该材料内部含有较高的碳氢化合物，采用的固化剂材料为甲基四氢苯酐。
2、实验使用的主要仪器设备
该实验使用的主要仪器设备有：红外线测温仪、高速混合机、较大型号的可控电热烘箱、模具、微控电子试验机、电子扫描显微镜等。
3、低密度环氧树脂基发泡材料的制备工艺
在进行试验之前，要先按照试验要求，配置好试剂的主要成分，除了试验中需要的固化剂之外，其余材料要在高速混合搅拌机上面搅拌三分钟，之后放入恒温槽内再搅拌十分钟，然后在此基础上加入一定剂量的固化剂，继续进行搅拌，要把该步骤的搅拌时间控制在五分钟内，再放入电烤箱内的模具中，根据发泡材料的成型工艺条件以及温度要求对其进行固化处理。按照规定的标准要求完成上述工作后，对其进行降温、冷却、脱模，并观察环氧树脂基内部泡孔的分布情况。
4、环氧树脂基材料的力学性能测定以及微观分析 本实验在进行力学性能分析测定的时候，从下面几点进行分析的，主要有：拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、撕裂强度、硬度、密度以及撕裂速度等几方面，通过电子扫描显微镜对其断面进行微观分析。
（二）低密度环氧树脂基发泡材料开发工艺试验结果及其讨论部分
探讨的是低密度环氧树脂基使用的发泡剂的用量、促进剂及其固化剂之间的配置比例等因素对环氧树脂基发泡材料的内部结构及其力学性能的主要影响，通过实验研究找出最佳的工艺条件。
1、环氧树脂基发泡材料中发泡剂的用量对其力学性能的影响
物理发泡剂、化学发泡剂是环氧树脂发泡剂的两种主要类型，当前应用的比较广泛的发泡剂为偶氮二甲酰胺俗称AC，但是该类型的化学发泡剂在使用时分解速度过快，放热性能比较高、突发性比较强，在进行实际生产的时候，很难控制，经常会影响材料的结构性能，在一定程度上降低了产品的质量。所以，在经过实验反复对比后，选择了耐压机械强度高、发泡稳定性好的物理型松本微球发泡剂，选用的该发泡剂微球直径为5到10um，其内部液体中含有大量的碳氢化合物膨胀剂，整体的耐压性能在30MPa之上。另外，根据该材料的主要特性，测定出了最佳的膨胀温度，温度为120～125度之间。主要的分析结果如下：当松本微球发泡剂的含量在0.5%的时候，在力学拉伸方面的强度为26.82MPa；其弯曲强度为38.63MPa；密度为0.89g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在1.5%的时候，在力学方面的拉伸强度为17.87MPa；其弯曲强度为20.68MPa；密度为0.7g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在2%的时候，在力学方面的拉伸强度为19.75MPa；其弯曲强度为22.36MPa；密度为0.68g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在3%的时候，在力学方面的拉伸强度为10.15MPa；其弯曲强度为16.28MPa；密度为0.57g/cm3，通过上述数据资料我们可以知道，松本微球的含量能够对环氧树脂基材料的性能产生非常重要的影响，并且随着松本微球含量的不断增加，发泡材料的力学性能在拉伸强度、弯曲强度以及密度等方面的数据会出现明显下降的现象，特别是松本微球的含量在0.5%～1.5%的时候，发泡材料的拉伸强度、弯曲强度以及密度的下降幅度会比较大。经过综合性的研究分析认为，松本微球的含量对发泡材料性能的影响主要是通过环氧树脂基体内部泡孔的数量以及大小来实现的。当松本微球的含量在1.5%以下的时候，环氧树脂基体的泡孔尺寸较小且数量也比较少，在使用过程中很容易出现缺陷，基体在这种情况下很容易被割裂。当松本微球的含量在1.5%的时候，其内部的数值达到了某一临界点，不仅气孔的数量会逐渐增多，孔径的直径在这种情况下也会不断的变大，进而提高了基体的外载能力，力学性能也会不断地提升。
2、促进剂及其固化剂的配置比例对发泡材料的力学影响
合理的配置好促进剂及其固化剂之间的比例不仅能够有效的降低发泡材料的固化温度，还能够有效的减少发泡材料的固化时间，进而提高发泡材料的固化效率，从整体上降低了发泡材料的能耗，在很大程度上提高了产品的质量。
（三）试验结论部分
第一，发泡剂的用量能够对发泡材料的力学性能及其发泡效率产生非常大的影响，当把发泡剂的用量控制在1.5%的时候，发泡材料的各项综合性能最佳。
第二，在进行低密度环氧树脂基发泡的过程中，要控制好发泡材料的发泡温度及其固化温度。
第三，合理的配置好促进剂及其固化剂之间的比例至关重要。
四、结语
综上所述，本文通过实验研究的方法论综合论述了低密度环氧树脂基发泡材料的发泡工艺、性能及其受到的主要影响因素，并探讨了低密度环氧树脂基发泡材料的研究背景、应用现状及其主要有点。现阶段，我国的低密度环氧树脂基发泡材料的开发工艺和发达国家相比还存在一定的差距，需要相关工作人员在今后的研究中对其进行不断的探索，提高该材料的使用性能，促进相关行业的快速发展。
参考文献
[1]常新龙，孙涛，赖建伟，方鹏亚.环氧树脂基复合材料的微波固化研究[J].玻璃钢/复合材料，2012（2）
[2]张竞，王晓东，李全步，蒋英，黄培.三种环氧树脂基复合材料的力学性能研究[J].塑料工业，2009（9）
[3]赵军，曾黎明，刘涛.微球复合材料的研究进展[J].化工新型材料，2009（8）
作者简介：欧亚周，男，1981.10-，工作单位：深圳市柳鑫實业有限公司，职称：工程师，学历：本科，研究方向：新材料
关键词：低密度 环氧树脂基 发泡材料 工艺 性能
近年来，低密度环氧树脂基发泡材料在航空航天、汽车制造、军用品制造等领域得到了广泛的应用，并且具有非常广阔的发展前景。低密度环氧树脂基发泡材料的主要功能是是模具浇铸，和传统的乙烯泡沫塑料以及聚氨酯材料相比，不仅力学性能和缓冲性能好，而且还具有较高的耐热性、耐水性。在本文中，采用了实验研究的方法，探讨了新型物理发泡剂、固化剂以及促进剂的用量以及温度条件，研究了低密度环氧树脂基发泡材料应用在模具浇铸时，影响力学性能的各种因素，并重点探讨了模具浇铸时的最佳工艺条件。
一、低密度环氧树脂基发泡材料的研究背景及应用现状
近年来，我国在航空航天以及深海探测等领域得到了快速的发展，人们对环氧树脂基泡沫材料的应用性能要求越来越高，尤其是对泡沫材料的抗压性能。在实际的使用过程中，主承力结构构件不仅会承受大部分的弯曲荷载力，而且还会承受大量的压缩载荷。但是，传统使用的环氧树脂基发泡材料的强度性能比较低，逐渐不能满足当前社会各领域对材料强度性能的高要求，在很大程度上不能均衡强度以及低密度之间的关系。新型低密度环氧树脂基发泡材料的研发，不仅能够满足主承力构件对强度的要求，还在很大程度上提高了模具浇铸的效率。
环氧泡沫材料在经过几十年的发展之后，逐渐形成了三种制备方法：空心微球法、化学发泡法以及物理发泡法。虽然后两种发泡方法的密度比较低，但环氧树脂直接和气相相互结合，导致气孔过大，且很难控制，进而降低了发泡材料的力学性能。
我国低密度环氧树脂基复合材料的研究工作起步比较晚，和其它的国家相比还存在较大的差距，一般情况下，我国在制造环氧树脂基材料的时候，多选用不饱和的聚酯材料作为基体，会根据制作工艺的不同选用不同型号的空心玻璃微珠。在1985年的时候，哈尔滨船舶工程学院研制出了我第一代复合泡沫材料，该复合材料采用了环氧树脂、空心玻璃微珠作为基体材料，并把密度控制在0.5g/cm3，把耐压强度控制在6MPa。在之后的研究中，我国的环氧树脂基材料的研究工作获得了很大的进展，但是和发达国家相比还存在较大的差距，还需要相关工作人员继续进行探讨。
二、低密度环氧树脂基材料的主要优点以及分类
和其它的聚酯化合物相比，环氧树脂基材料的优点主要表现在以下几点：
第一，环氧树脂的粘结强度比较高。环氧树脂分子在经过分解后受羟基以及环氧基等活性因子的影响，很容易和周边的分子发生化学反应，形成化学键，并且环氧树脂基在经过固化之后，还能够生成三维网状型的大型分子。在这些因素的影响下，环氧树脂的粘结力就会不断的增强，可以粘结吸附多种类型的金属材料以及非金属材料。所以，環氧树脂基比较适合当做制作复合材料的基体使用。
第二，环氧树脂在经过固化后，产生的变形率和其它聚酯材料相比较低。环氧树脂在经过化学反应之后，很少会形成低分子的化学生成物，并且，环氧基固化后的残留部分还能够和环氧树脂基中的氢键发生相互缔合的作用，在一定程度上提高了分子排列的紧密度，相应的也就降低了环氧树脂基的固化收缩率。
第三，环氧树脂基的电性绝缘性能比较好。环氧树脂基在完全固化后，会以三维网状的形式呈现出来，该结构不仅没有自由离子以及活性基因，而且树脂基固化后不会吸收水分，这些因素也在一定程度上提高了环氧树脂基的电绝缘性能。
第四，环氧树脂基材料的机械强度比较高。环氧树脂基材料在完全固化之后，分子之间的排列交叉点排列的会非常的紧密，不仅增强了分子之间的相互吸附力，也提高了该材料的机械强度。
第五，环氧树脂基在使用过程中具有较高的稳定性能。由于环氧树脂基固化后，其主链在该过程中会以三维交联结构呈现出来，不仅稳定性高，耐酸碱腐蚀性能也比较高。
第六，环氧树脂基和其它的聚酯化合物相比，其内部分子材料还具有较高的化学加工性能。
目前，环氧树脂基材料还没有形成非常严格的分类方法，通常情况下，人们习惯按照结构对其进行分类，主要有：环氧树脂基、缩水甘油胺类、脂环族等，整体来讲，其分子分布的范围比较广。当前应用比较广泛的环氧树脂基材料为双酚A缩水甘油醚类树脂基。
三、低密度环氧树脂基发泡材料开工艺的实验部分以及结果讨论
（一）低密度环氧树脂基发泡材料开工艺的实验部分
1、低密度环氧树脂基的主要原料
在本文的实验中，采用的是双酚型环氧树脂基材料，该材料内部含有较高的碳氢化合物，采用的固化剂材料为甲基四氢苯酐。
2、实验使用的主要仪器设备
该实验使用的主要仪器设备有：红外线测温仪、高速混合机、较大型号的可控电热烘箱、模具、微控电子试验机、电子扫描显微镜等。
3、低密度环氧树脂基发泡材料的制备工艺
在进行试验之前，要先按照试验要求，配置好试剂的主要成分，除了试验中需要的固化剂之外，其余材料要在高速混合搅拌机上面搅拌三分钟，之后放入恒温槽内再搅拌十分钟，然后在此基础上加入一定剂量的固化剂，继续进行搅拌，要把该步骤的搅拌时间控制在五分钟内，再放入电烤箱内的模具中，根据发泡材料的成型工艺条件以及温度要求对其进行固化处理。按照规定的标准要求完成上述工作后，对其进行降温、冷却、脱模，并观察环氧树脂基内部泡孔的分布情况。
4、环氧树脂基材料的力学性能测定以及微观分析 本实验在进行力学性能分析测定的时候，从下面几点进行分析的，主要有：拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、撕裂强度、硬度、密度以及撕裂速度等几方面，通过电子扫描显微镜对其断面进行微观分析。
（二）低密度环氧树脂基发泡材料开发工艺试验结果及其讨论部分
探讨的是低密度环氧树脂基使用的发泡剂的用量、促进剂及其固化剂之间的配置比例等因素对环氧树脂基发泡材料的内部结构及其力学性能的主要影响，通过实验研究找出最佳的工艺条件。
1、环氧树脂基发泡材料中发泡剂的用量对其力学性能的影响
物理发泡剂、化学发泡剂是环氧树脂发泡剂的两种主要类型，当前应用的比较广泛的发泡剂为偶氮二甲酰胺俗称AC，但是该类型的化学发泡剂在使用时分解速度过快，放热性能比较高、突发性比较强，在进行实际生产的时候，很难控制，经常会影响材料的结构性能，在一定程度上降低了产品的质量。所以，在经过实验反复对比后，选择了耐压机械强度高、发泡稳定性好的物理型松本微球发泡剂，选用的该发泡剂微球直径为5到10um，其内部液体中含有大量的碳氢化合物膨胀剂，整体的耐压性能在30MPa之上。另外，根据该材料的主要特性，测定出了最佳的膨胀温度，温度为120～125度之间。主要的分析结果如下：当松本微球发泡剂的含量在0.5%的时候，在力学拉伸方面的强度为26.82MPa；其弯曲强度为38.63MPa；密度为0.89g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在1.5%的时候，在力学方面的拉伸强度为17.87MPa；其弯曲强度为20.68MPa；密度为0.7g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在2%的时候，在力学方面的拉伸强度为19.75MPa；其弯曲强度为22.36MPa；密度为0.68g/cm3，当松本微球发泡剂的含量在3%的时候，在力学方面的拉伸强度为10.15MPa；其弯曲强度为16.28MPa；密度为0.57g/cm3，通过上述数据资料我们可以知道，松本微球的含量能够对环氧树脂基材料的性能产生非常重要的影响，并且随着松本微球含量的不断增加，发泡材料的力学性能在拉伸强度、弯曲强度以及密度等方面的数据会出现明显下降的现象，特别是松本微球的含量在0.5%～1.5%的时候，发泡材料的拉伸强度、弯曲强度以及密度的下降幅度会比较大。经过综合性的研究分析认为，松本微球的含量对发泡材料性能的影响主要是通过环氧树脂基体内部泡孔的数量以及大小来实现的。当松本微球的含量在1.5%以下的时候，环氧树脂基体的泡孔尺寸较小且数量也比较少，在使用过程中很容易出现缺陷，基体在这种情况下很容易被割裂。当松本微球的含量在1.5%的时候，其内部的数值达到了某一临界点，不仅气孔的数量会逐渐增多，孔径的直径在这种情况下也会不断的变大，进而提高了基体的外载能力，力学性能也会不断地提升。
2、促进剂及其固化剂的配置比例对发泡材料的力学影响
合理的配置好促进剂及其固化剂之间的比例不仅能够有效的降低发泡材料的固化温度，还能够有效的减少发泡材料的固化时间，进而提高发泡材料的固化效率，从整体上降低了发泡材料的能耗，在很大程度上提高了产品的质量。
（三）试验结论部分
第一，发泡剂的用量能够对发泡材料的力学性能及其发泡效率产生非常大的影响，当把发泡剂的用量控制在1.5%的时候，发泡材料的各项综合性能最佳。
第二，在进行低密度环氧树脂基发泡的过程中，要控制好发泡材料的发泡温度及其固化温度。
第三，合理的配置好促进剂及其固化剂之间的比例至关重要。
四、结语
综上所述，本文通过实验研究的方法论综合论述了低密度环氧树脂基发泡材料的发泡工艺、性能及其受到的主要影响因素，并探讨了低密度环氧树脂基发泡材料的研究背景、应用现状及其主要有点。现阶段，我国的低密度环氧树脂基发泡材料的开发工艺和发达国家相比还存在一定的差距，需要相关工作人员在今后的研究中对其进行不断的探索，提高该材料的使用性能，促进相关行业的快速发展。
参考文献
[1]常新龙，孙涛，赖建伟，方鹏亚.环氧树脂基复合材料的微波固化研究[J].玻璃钢/复合材料，2012（2）
[2]张竞，王晓东，李全步，蒋英，黄培.三种环氧树脂基复合材料的力学性能研究[J].塑料工业，2009（9）
[3]赵军，曾黎明，刘涛.微球复合材料的研究进展[J].化工新型材料，2009（8）
作者简介：欧亚周，男，1981.10-，工作单位：深圳市柳鑫實业有限公司，职称：工程师，学历：本科，研究方向：新材料