第二章 理論基礎
2.4 環氧樹脂的增韌理論
針對環氧樹脂的增韌機制眾多，到目前為止我們藉以整理被提出 的增韌機制如下列[27-30]：
1.Shear band formation near rubber particles。
2.Fracture of rubber particles after cavitation。
3.Stretching 。 4.Debonding。
5.Tearing of rubber particles。
6.Transparticle fracture。
7.Crack deflection。
8.Voided/cavitated rubber particles。
9.Crazing。
10.Plastic zone at craze tip。
11.Diffused shear yielding。
12.Shear band/craze interaction。
13.Crack pinning。
14.Crack bifurcation。
15.Micro crack。
16.Croiding。
17.Crack/particle bridging。
(1) 橡膠撕裂(Rubber tear)
橡膠顆粒很簡單握住共同裂紋的相反兩面，而這樣韌性主要決定 於粒子在基材所需破壞的能量。利用顯微技術發現橡膠增韌環氧樹脂 系統中有明確的證據顯示橡膠顆粒拉伸並跨越裂縫，這個機構認為韌 性提升僅屬於彈性顆粒的性能，沒有採用任何彈性顆粒與基材之間的 關係，因此這個機制在橡膠改質環氧樹脂中不被視為具有普遍的適用 性，然而在某些情況下，例如其它能量吸收機制不起作用的情況下，
例如剪切屈服，橡膠撕裂很可能扮演著增韌的主要部分，如圖2[31]。
圖2 橡膠撕裂示意圖。
(2) 多重裂紋(Multiple crazing)
此理論認為橡膠粒子是起始裂紋並控制裂紋(Craze)成長中心，裂 紋的產生是從橡膠粒子的赤道軸附近以輻射狀向外傳遞，到達另外一 個粒子在起始，如此重複，形成多重裂紋，如圖3[31]，這穩定的裂 紋，可防止發展成為一個更大的裂縫狀結構。因此，在最終破壞之前，
更大量的能量可以被吸收，從而導致有效的改善聚合物的韌性。
圖3 多重裂紋機構示意圖。
(3) 剪切屈服(Shear yielding)
剪切屈服是一個體積不變的變形過程，膠粒與膠粒之間的應力場 相互作用，所引起基材內部的定體積形變，可經由許多膠粒引發並一 起成長，故它可發生在更廣闊的範圍，消散大量的破裂能量。雖然這 個機制無法用來解釋應力變白現象，但是值得注意的是這機制現在已 經被許多人認為適用於橡膠增韌環氧樹脂。
(4) 空穴與剪切屈伏(Cavitation and shear yielding)
此理論要點為，膠粒裂紋前端的三軸應力場與膠力受固化殘留應 力的加疊作用，使得膠粒內部或膠力與基材界面破裂而產生體積膨脹 性形變，稱為空穴(Cavitation)，空穴四周應力場相互干擾重疊，使得 空穴附近的基材產生塑性變形，如圖4[32]，而增韌機構的引發與整 體空穴散佈的密度有關，雖然空穴產生是引發剪切降伏的重要步驟，
但主要吸收破壞能量來自於剪切降伏機構，如圖5[33]，因粒子只吸 收部份能量形成空穴並引發剪力降伏。
圖4 空穴與剪切帶示意圖。
圖 5 空穴與剪切屈伏增韌機構示意圖。(a)啟動的初 始裂紋。(b)裂縫擴張受至於顆粒。(c)裂縫擴張並形成 孔洞。(d)裂縫快速增長與空穴成長。
(5) 破裂橋接(Crack bridging)
當膠粒在裂紋成長的路徑範圍時，裂紋通過膠力會使得膠粒產生 塑性變形來消耗裂紋成長的破壞能量，因此提升了環氧樹脂基材的韌 性，如圖6。
圖6 破裂橋接機構示意圖。