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近年来，随着国防、航天、大型低温工程(EAST和ITER)和应用超导等高科技领域的迅猛发展，环氧树脂在极低温下的应用愈来愈广泛，其极低温力学性能研究引人关注。但普通双酚A环氧(DGEBA)固化体系即使在常温下也存在韧性低、抗冲击性差的缺点，在低温下更脆，因此很难满足在极低温这一极端环境下的苛刻要求，应用受到很大限制。本论文针对这一实际问题，以改善双酚A环氧树脂低温脆性为研究目的，从不同增韧机理及增韧途径出发分别探索研究了不同分子量的柔性线形聚醚(PEG4000和PEG10000)、超支化聚酯(H30)、具有不同侧链和不同玻璃化温度的聚丙烯酸酯(聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸乙酯)以及纳米层状蒙脱土为改性剂，对其进行低温增韧改性。研究了改性剂的含量和种类对甲基四氢苯酐(MeTHPA)固化双酚A型环氧体系在室温和77K的拉伸性能和冲击性能的影响，微观结构对改性环氧树脂力学性能的影响，以及同种改性剂H30对MeTHPA和二氨基二苯基砜(DDS)两种类型固化剂固化的DGEBA体系的低温力学性能影响，并初步探索了双酚A环氧树脂的低温改性规律。另外，由于实际应用对环氧耐热性也有一定的要求，因而我们也研究了各种改性剂对环氧固化体系的玻璃化转变温度(Tg)的影响。
研究结果表明：在DGEBA/MeTHPA固化体系中引入聚醚和H30都会形成均相结构：合适链长及含量的聚醚的引入可以在77K下对DGEBA/MeTHPA固化体系同时起到增强增韧的作用；适量脂肪族超支化聚合物H30在77K下对DGEBA/MeTHPA固化体系同时起到增强增韧的作用；H30改性DGEBA/DDS呈现出“海岛”结构，但是H30的加入不能对DGEBA/DDS固化体系起到极低温增韧的作用，这表明在室温下力学性能较好的体系在低温下不一定适用；两种聚丙烯酸酯形成“海岛”结构改性环氧体系研究结果表明，适量聚丙烯酸酯可以有效改善环氧的低温拉伸强度，不能改善环氧体系的77K冲击强度；2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚DMP-30改性有机蒙脱土在77K环境中只能起到增强的作用，77K下拉伸强度提高了13.2％，并提高了复合材料的77K拉伸模量；研究发现有机聚合物材料和无机纳米材料在改善环氧树脂极低温力学性能方面各有利弊。
热性能研究结果显示线形柔性聚醚加入会使环氧体系Tg降低；H30在含量小于10wt％时可以有效保持固化体系耐热性能，动态DSC固化行为分析结果表明H30对固化反应有一定的促进作用，但对固化反应机理没有影响；同种增韧剂H30对DGEBA/DDS固化体系Tg在加入量为5wt％的时候由178.2℃降低到了169.6℃，之后随H30含量继续增加变化不大；聚丙烯酸酯的加入可以有效保持体系的Tg；蒙脱土改性体系的Tg在有机蒙脱土含量为1wt％时最大，从107℃升高到111℃。
本论文对环氧树脂体系的改性研究为拓宽普通环氧树脂在极低温环境中的应用提供了重要的研究资料和数据。