链延伸与封端协同增强环氧树脂韧性：改性剂对E55体系性能调控机制研究

针对环氧树脂增韧过程中机械强度与热性能难以兼顾的难题，中国科学院研究人员通过BPA链延伸和酚类封端策略改性E55环氧树脂(EP)，采用甲基六氢苯酐(MHHPA)固化体系。研究发现8 mol%酚类封端改性使断裂能提升至9.06 MJ/m3且保持交联密度与Tg稳定，为高性能绝缘材料开发提供新思路。

　　

环氧树脂作为电气绝缘领域的关键材料，其高交联网络带来的脆性问题长期制约着应用性能。尽管动态网络(Vitrimers)和纳米填料(MXene/纳米纤维)等新兴增韧策略不断涌现，但复杂的工艺、成本问题以及难以避免的强度-韧性此消彼长关系，始终困扰着研究者。如何通过分子设计实现性能的协同提升，成为高分子材料领域亟待突破的科学难题。

中国科学院团队在《European Polymer Journal》发表的研究中，创新性地采用双酚A(BPA)链延伸与酚类封端的分子工程策略，对E55环氧树脂(EP)进行精准改性。通过调控自由体积和链段运动性，在保持甲基六氢苯酐(MHHPA)固化体系优势的前提下，实现了断裂能与机械强度的同步提升。该研究不仅揭示了不同改性剂对交联网络影响的本质差异，更为开发兼具高韧性、高热稳定性(T_g)的电气绝缘材料提供了普适性方案。

研究团队主要运用了以下关键技术：1) 化学计量法控制BPA/酚类与E55的加成反应；2) 差示扫描量热法(DSC)分析玻璃化转变行为；3) 三点弯曲测试量化力学性能；4) 动态力学分析(DMA)评估交联密度变化。所有原料均来自北京英诺化学，确保批次一致性。

【材料制备】
通过控制BPA与酚类物质的摩尔比例(0-20 mol%)，分别合成链延伸型(BPA-EP)和封端型(酚类-EP)预聚物。核磁共振证实改性产物结构符合设计预期，为后续性能研究奠定基础。

【力学性能】
弯曲测试显示，随着BPA-EP含量增至12 mol%，固化树脂弯曲强度持续提升；而20 mol% BPA-EP使断裂能达到9.25 MJ/m³，较基准提升92%。酚类-EP体系则在8 mol%即实现9.06 MJ/m³的断裂能峰值，展现更优的增韧效率。

【热性能分析】
DSC与DMA数据揭示关键差异：BPA-EP导致T_g下降约15℃，而酚类-EP体系T_g保持稳定。这表明封端改性通过限制链端活动性，在增韧同时维持了网络刚性，这一发现为分子设计提供了重要指导。

【机理讨论】
研究指出BPA的链延伸作用增加了分子链柔顺性，但过度延伸会降低交联密度；酚类封端则通过引入"分子缓冲"区域，在局部增加自由体积的同时，苯环的刚性支撑保障了整体热稳定性。这种"刚柔并济"的设计理念，成功突破了传统增韧方法的性能瓶颈。

该研究的重要意义在于：1) 确立了酚类封端作为环氧树脂高效增韧的优选方案；2) 阐明了分子结构-性能的定量关系，为材料设计提供理论依据；3) 开发出原料易得、工艺简单的工业化可行方案。正如通讯作者Jiping Yang强调的，这种"一石三鸟"的策略——同时优化韧性、强度和热稳定性，为特种高分子材料的性能调控开辟了新途径。未来研究可进一步探索不同封端基团的影响规律，推动该技术向更广阔的应用领域拓展。