前言
环氧树脂因在强度、黏结性、模量、固化收缩率、热稳定性以及加工性等方面具有突出的优点，在航空、航天、电子封装、清洁能源、汽车以及结构材料等领域应用广泛。但环氧树脂固化后交联密度高、抗冲击能力差、脆性大，在很大程度上限制了它的应用，所以改善环氧树脂韧性对拓展其应用范围有着很大的实际意义。本书在综述国内外环氧树脂增韧方法与机理的基础上，创新性地提出超支化聚合物（hyperbranched polymer，HBP）与核壳纳米粒子协同增韧的新思路。主要内容和结论如下所述。
本书第1章对超支化聚合物改性环氧树脂、纳米粒子改性环氧树脂以及核壳粒子改性环氧树脂的研究现状进行了总结与评述，阐述了研究超支化聚合物与核壳粒子/玻璃纤维协同增韧环氧树脂的理论和实践意义。
第2章以丁二酸酐和二乙醇胺为原料，采用AB2型单体聚合途径合成了一种端羟基超支化聚合物（hyperbranched polymer with hydroxyl group，HBP-OH）；首次通过HBP-OH与环氧氯丙烷之间的封端反应合成了一种环氧基封端超支化聚合物（epoxide terminated hyperbranched polymer，HBP-epo）；以丙烯酸甲酯和二乙烯三胺为原料，经AB2+AB3单体聚合法合成了一种端氨基超支化聚合物（hyperbranched polymer with amino group，HBP-NH2）；采用衰减全反射傅里叶转换红外光谱（attenuated total internal reflection infrared spectroscopy，ATR-IR）、核磁共振1H谱（1H nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）以及凝胶色谱法（gel permeation chromatography，GPC）表征HBP的化学结构与分子量。ATR-IR和1H NMR测试结果表明采用上述方法成功合成了HBP-OH、HBP-epo和HBP-NH2，GPC分析结果表明三种HBP的平均分子量分别为5963g/mol、6345g/mol和7763g/mol。
第3章以聚酰胺（polyamide）作固化剂，研究HBP含量对双酚A二缩水甘油醚环氧树脂（diglycidyl ether bisphenol A epoxy resin）固化体系力学性能、断裂韧性（KIC）、表面硬度、固化收缩以及玻璃化温度（Tg）的影响。通过场发射扫描电子显微镜（field scanning electron microscope，FESEM）观察固化体系冲击试样断裂面形貌以讨论HBP改性环氧树脂/聚酰胺（epoxy/polyamide）固化体系增韧机理。HBP中含有的活性基团与环氧树脂/聚酰胺复合体系之间的相容性较好，易于进入固化体系交联网络，改善固化体系网络结构，使得固化体系韧性提高。HBP-OH、HBP-epo与HBP-NH2改性环氧树脂/聚酰胺固化体系KIC最大分别提高1.45倍、1.55倍和1.61倍。FESEM观察结果显示，HBP改性环氧树脂/聚酰胺固化体系的增韧机理为剪切形变增韧机理。
第4章以表面硅烷化纳米锆渣（简称纳米锆渣）为改性剂，研究其对环氧树脂/聚酰胺/超支化聚合物（环氧树脂/聚酰胺/HBP，包括环氧树脂/聚酰胺/HBP-OH、环氧树脂/聚酰胺/HBP-epo和环氧树脂/聚酰胺/HBP-NH2）固化体系力学性能、KIC、表面硬度以及Tg的影响。通过FESEM技术分析纳米锆渣改性环氧树脂/聚酰胺/HBP固化体系增韧机理。纳米锆渣掺入环氧树脂/聚酰胺/HBP体系中，增大固化体系裂纹的产生以及扩展阻力，钝化裂纹扩展效应，最终终止裂纹扩展。纳米锆渣粒子最高可使环氧树脂/聚酰胺/HBP-OH、环氧树脂/聚酰胺/HBP-epo和环氧树脂/聚酰胺/HBP-NH2固化体系KIC分别提高1.15倍、1.18倍和1.23倍。FESEM观察结果显示，纳米锆渣改性环氧树脂/聚酰胺/HBP固化体系的增韧机理为第二相增韧机理和剪切形变机理。
第5章首次在纳米锆渣表面聚合接枝HBP制备得到无机-有机复合CSP-HBP核壳纳米粒子（CSP-HBP-OH、CSP-HBP-epo和CSP-HBP-NH2），使用ATR-IR、透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）、1H NMR以及热重分析（thermogravimetric analysis，TGA）表征核壳纳米粒子直径、表面化学结构以及壳层包覆率。将CSP-HBP核壳纳米粒子引入环氧树脂/聚酰胺复合体系中，研究CSP-HBP核壳纳米粒子含量对固化体系力学性能、KIC、表面硬度与Tg的影响，通过FESEM观察冲击试样断面形貌，讨论CSP-HBP核壳纳米粒子改性环氧树脂/聚酰胺固化体系增韧机理。ATR-IR与1H NMR图谱表明通过单体之间的缩聚反应，成功制备纳米锆渣为核、壳层分别为HBP-OH、HBP-epo和HBP-NH2等的CSP-HBP核壳纳米粒子。TEM照片显示CSP-HBP-NH2核壳纳米粒子粒径为60～90 nm。TGA分析结果表明，HBP-OH、HBP-epo与HBP-NH2接枝率分别为4.1%、9.5%和29.1%。CSP-HBP核壳纳米粒子壳层含有大量活性基团，提高了粒子与环氧树脂/聚酰胺复合体系之间的相容性，改善粒子与树脂基体之间的界面黏结情况，增大固化体系裂纹产生以及扩展阻力，钝化裂纹扩展效应并最终终止裂纹扩展，吸收冲击能量，对提高韧性有利。CSP-HBP-OH、CSP-HBP-epo和CSP-HBP-NH2三种核壳纳米粒子最高可使环氧树脂/聚酰胺固化体系KIC分别提高1.63倍、1.64倍和1.75倍。FESEM结果表明，CSP-HBP核壳纳米粒子改性环氧树脂/聚酰胺固化体系的增韧机理为第二相增韧机理。
第6章研究CSP核壳纳米粒子与HBP协同改性对环氧树脂/聚酰胺复合体系力学性能、KIC、表面硬度以及Tg的影响，使用FESEM观察冲击试样断面形貌以讨论增韧机理。CSP-HBP-OH核壳纳米粒子与HBP-OH（HBP-epo）协同改性最高可使环氧树脂/聚酰胺复合体系KIC提高1.19～1.23倍；CSP-HBP-epo核壳纳米粒子与HBP-OH（HBP-epo）协同改性最高可使环氧树脂/聚酰胺复合体系KIC提高1.22～1.26倍；CSP-HBP-NH2核壳纳米粒子与HBP-NH2协同改性最高可使环氧树脂/聚酰胺复合体系KIC提高1.31倍。CSP核壳纳米粒子与HBP协同改性在增韧环氧树脂/聚酰胺复合体系的同时，使拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、冲击强度、表面硬度以及Tg提高。FESEM观察结果表明，CSP与HBP协同改性环氧树脂/聚酰胺复合体系增韧机理为剪切形变增韧和第二相增韧共同作用的协同增韧机理。
第7章以玻璃纤维为原料，通过AB2+AB3型单体聚合反应在其表面接枝HBP，制备得到三种表面接枝HBP的玻璃纤维（GF-HBP-OH、GF-HBP-epo以及GF-HBP-NH2），研究三种纤维单独改性以及纤维与HBP协同改性对环氧树脂复合材料拉伸性能、弯曲强度、冲击强度以及Tg的影响，并采用FESEM研究玻璃纤维增韧机理。与未改性环氧树脂热固体相比，GF-APS与HBP-NH2协同改性复合材料体系拉伸强度、伸长率、弯曲强度以及冲击强度分别提高31.1%、115.6%、17.2%和77.4%。GF-APS与HBP-NH2提高复合材料性能的机制可以归结为协同作用机制。
第8章对全书进行了系统总结，对环氧树脂改性这一研究方向的发展趋势作了预测。
本书由盐城工学院黎水平副教授和南京理工大学崔崇教授合著。感谢南京理工大学化工学院王新龙教授、材料科学与工程学院周玉伟和袁浩同学，金陵科技学院林青老师，盐城工学院材料科学与工程学院王成双和诸华军老师以及江苏省新型环保重点实验室侯贵华主任对本书研究阶段样品表征与测试工作的大力支持，感谢盐城工学院建材院吴其胜教授以及新材料与江苏沿海工程建设实验教学中心徐风广主任和侯海军老师对作者在课题开展期间在工作上给予的关照和帮助。
特别感谢作者的家人。在这几年里，多少次在作者出现松懈时催促作者努力上进，多少次督促作者努力学习提高自身素质，多少次和作者分享取得阶段成果的喜悦。没有你们的支持，也就没有这篇著作的顺利完成。
感谢国家自然科学基金青年基金（51603179）、江苏省生态建材与环保装备协同创新中心人才培养项目、盐城工学院学术专著出版基金以及江苏省第十四批“六大人才高峰”高层次人才培养项目（2017-GDZB-053）的支持。
环氧树脂改性涉及面非常广泛，超支化聚合物与核壳粒子/玻璃纤维协同改性为环氧树脂改性提供了一种新的途径，内容极为丰富，作者水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者多加指正。
编著者
2018年2月