环氧树脂是重要的通用热固性树脂，其原材料种类繁多，配方与工艺灵活多样，广泛应用在涂料、胶黏剂、电子电器材料、工程塑料、高性能复合材料、液晶等材料中。

环氧树脂泡沫材料是一类由环氧树脂与气体共同构成的多孔高性能复合材料。与目前市场上常见的聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫相比，环氧树脂泡沫材料具有力学性能与电性能良好、耐溶剂、耐水、尺寸稳定性优异等特点，广泛应用于汽车、电子、航空航天及军工等领域。环氧树脂泡沫材料的制备方法根据气体来源不同，可分为物理发泡法、化学发泡法和空心微珠填充法。物理发泡法通常使用沸点较低的液体作为发泡剂，发泡过程中，液体发泡剂受热汽化而在环氧树脂基体中形成泡沫结构。

超临界CO₂具有优异的溶解与扩散性能，作为物理发泡剂，其在聚合物泡沫制备中受到广泛关注。将超临界CO₂ 作为发泡剂制备环氧树脂泡沫，是该类材料开发的一种新途径。化学发泡法是制备环氧树脂泡沫的常用方法，该方法利用化学发泡剂受热分解产生的气体分散于环氧树脂基体中来形成泡沫结构，主要分为一步法和两步法。空心微珠填充法则是在环氧树脂基体中添加中空微珠，从而形成泡沫结构的方法。采用该方法制得的材料常称为环氧树脂复合泡沫材料，其密度较高，强度也较大。

环氧树脂泡沫材料因具备优异的力学性能，常用于结构件制造。在实际生产中，这类结构件的性能与贮存寿命均有严格要求，但目前有关环氧树脂泡沫材料贮存寿命的研究较少。为此，研究人员采用化学发泡剂，依据两步法制备了环氧树脂泡沫材料，并以抗拉强度为老化性能评价指标，通过热空气加速老化试验，对其贮存寿命进行研究，旨在为该类材料的应用提供可靠的数据支撑。

1 试验方法

1.1 主要原料

试验所用原料包括：双酚A型环氧树脂；芳香胺；聚酰胺；酰肼类有机发泡剂；表面活性剂。

1.2 主要设备

试 验 所 用 设 备 主 要 包 括：电 子 天 平；强力电动搅拌机；电热鼓风干燥箱；电子万能试验机；热重分析（TGA）仪；扫描电子显微镜（SEM）；模具（自制）。

1.3 试样制备

将双酚A型环氧树脂、固化剂、有机发泡剂及表面活性剂加入3个烧瓶中，在40~60℃下搅拌1h进行预聚反应，随后将混合物料浇注入模具中进行固化发泡，脱模后即得环氧树脂泡沫材料，其密度为0.48g/cm³。

1.4 测试与表征

扫描电子显微镜分析：对环氧树脂泡沫材料的断面进行喷金处理，随后用SEM观察其微观形貌。热重分析：采用梅特勒TGA2热重分析仪，分别在氮气和空气环境下对环氧树脂泡沫材料进行测试，温度为30~800 ℃，升温速率为10℃/min。

热空气加速老化试验：参照GB/T 9641—2025《硬质泡沫塑料 拉伸性能的测定》规定的试样形状和尺寸，在环氧树脂泡沫体上加工制备拉伸试样。将鼓风干燥箱升温至设定温度（100 ，110，120，130℃），放入拉伸试样，对试样进行热空气老化试验，按预定时间间隔取样并测试其抗拉强度。

将热空气老化处理的环氧树脂泡沫试样在23℃环境中放置24h，随后按照GB/T 9641—2025标准进行拉伸试验，拉伸速率为10mm/min。每组试样数量不少于5个，测试结果取平均值。

2 试验结果与讨论

2.1 环氧树脂泡沫材料的微观结构

采用两步化学发泡法制备环氧树脂泡沫材料，其密度为0.48g/cm³，图1为材料切断面的SEM形貌。由图1可知：该环氧树脂泡沫材料的泡孔结构均匀且致密。

环氧树脂泡沫材料的SEM 形貌如图2所示。由图2可知：该泡沫材料的泡孔为闭孔结构，呈规则球体或椭球体，且大小较为均匀；其泡孔直径约为100~200μm。

2.2 热失重分析

环氧树脂材料的贮存寿命与其热稳定性密切相关，而热重分析是表征聚合物材料热稳定性的重要手段。空气和氮气环境下环氧树脂泡沫材料的热失重曲线如图3所示。由图3可知：在氮气环境下，环氧树脂泡沫材料仅有一个主要的热失重阶段，分解后残碳率约为30%；而在空气环境下，其分解过程更为复杂，主要分为3个失重阶段，分解得也更为彻底，残碳率仅约为5%。

在热重曲线中，常用失重5%时对应的温度T5%来表征聚合物的热稳定性。由图3可知：在氮气环境下，环氧树脂泡沫材料的T5%为 334.7℃；而在空气环境下，其T5%为258.3℃。这表明氮气环境下材料的热稳定性更高。综上可知，空气中的氧气是影响环氧树脂泡沫材料热稳定性和贮存寿命的重要因素。

2.3 寿命预测理论依据

环氧树脂材料老化的主要原因是在特定温度下，氧自由基引发环氧树脂基体主链化学键断裂，发生链式反应，从而导致主链降解。降解产生的链自由基可进一步催化主链降解反应，最终破坏基体的三维网状结构，使环氧树脂材料的力学性能下降。

聚合物老化是指由化学反应引起材料力学性能下降的过程。设聚合物材料某物理性能的初始值为P₀，当其降至失效临界值P_c时所经历的时间为τ，则该老化过程如式（1）所示。

而K和温度的关系可以用Arrhenius 公式描述，如式（2）所示。

根据不同温度条件下、不同时间点的物理性能试验数据，利用式（1）可计算得到相应温度下的反应速率常数。再通过式（2）进行外推，获得贮存温度下的反应速率常数。将该常数代入式（1），即可建立贮存温度下老化时间与物理性能之间的关系，进而推算出聚合物材料的贮存寿命。

2.4 热空气老化试验结果

将环氧树脂泡沫材料的拉伸试样分别在 100，110，120，130℃下进行热空气加速老化试验。每隔一段时间取样，测试其抗拉强度，计算抗拉强度保持率y。以抗拉强度保持率为纵坐标、时间为横坐标绘制曲线，结果如图4所示。由图4可知：在不同温度下，泡沫材料的抗拉强度均随老化时间的延长而下降；在老化初期，抗拉强度下降得较为缓慢；达到一定时间后，其下降速率显著加快。环氧树脂泡沫材料的抗拉强度在老化初期的下降速率较慢，这主要是由合成过程中固化反应未完全，在热空气老化期间发生进一步后固化导致的。类似现象在其他环氧树脂材料的热空气老化过程中也有报道。

对于图4中各个老化温度下，不同τ 与y的关系进行数据拟合，拟合方程如表 1所示。由表1可知：老化温度为 100℃（373.15K）时对应拟合方程的R²为0.91。产生这一偏差的主要原因与上文所述一致，即由于环氧树脂泡沫材料在合成过程中固化不完全，因此在热空气老化过程中发生了进一步的后固化反应。

2.5 贮存寿命估算

如前所述，根据图4中不同老化温度下的抗拉强度的数据，依据式（1）计算得到该老化温度下抗拉强度下降10% 和20%（即保持率为90% 和80%）时的老化时间，结果如表2所示。

根据表2的数据，以ln(τ) 为纵坐标、老化绝对温度倒数1/T为横坐标绘制曲线，结果如图5所示。基于图5拟合得到抗拉强度下降10% 和20% 时老化时间τ与老化热力学温度T之间的关系，分别如式（3）和式（4）所示，其R²分别为0.95和0.97。

由以上两式计算得到，在25℃的贮存温度下，抗拉强度下降10%时的寿命为35.65a，抗拉强度下降20%时的寿命为60.10a。

3 结论

（1）采用两步化学发泡法制备得到环氧树脂泡沫材料，其泡孔结构均匀、闭孔，孔径约为100~200μm。

（2）空气中的氧气是影响环氧树脂泡沫材料热稳定性和贮存寿命的关键因素。

（3）热空气老化试验结果表明：在25℃的贮存温度下，抗拉强度下降10%时对应的寿命为35.65a，抗拉强度下降20% 时对应的寿命为60.10a。