環(huán)氧樹脂E51改性增韌研究

袁濤

摘 要：以雙酚改性環(huán)氧樹脂E51（EP），達到改性增韌的目的。進行了一系列實驗，對比了用單一環(huán)氧樹脂、混合樹脂與自制混合胺，在相同和不同環(huán)氧當量下所得固化物的粘結強度、韌性和硬度。實驗表明，混合樹脂固化產(chǎn)物硬度96.6HSD，拉伸強度16.053MP，斷裂拉力5114.97N，變形量5.63mm，韌性增加16%。

關鍵詞：環(huán)氧樹脂；增韌；韌性；硬度；粘結強度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.160

0 引言

E51型環(huán)氧樹脂粘度低，環(huán)氧值高，固化效果，不足之處在于脆性大，韌性低；E20和E12型環(huán)氧樹脂粘結度高，韌性好的優(yōu)點，不足之處在于硬度低。把三種環(huán)氧樹脂按比例混合，新得到的混合樹脂既有E51樹脂活性高，固化效果好及高硬度的特點，又有E20和E12中長分子鏈韌性好的優(yōu)點，與自制混胺固化后，提高固化物性能，克服了使用單一環(huán)氧樹脂固化后綜合性能差的弊端。

1 實驗部分

（1）主要試劑。環(huán)氧樹脂E12、E20、E51，聚醚胺、聚醚二胺、固化劑促進劑，江蘇三木化工；二甲苯，上海泰正化工有限公司；正丁醇，揚州市華香化工有限公司。

（2）主要儀器。環(huán)氧樹脂高速分散機，上海機電設備有限公司；電子秤，上海信衡電子有限公司，深圳盛美儀器有限公司； UTM4000系列微機控制電子萬能試驗機；熱重差熱分析儀EXSTAR6300，精工盈司電子科技（上海）有限公司。

（3）實驗測試。1）配制溶劑：在二甲苯中加入正丁醇，攪拌均勻。2）配制樹脂：按比例在溶劑中加入環(huán)氧樹脂E12、E20，高速攪拌二十分鐘，待樹脂溶解后加入環(huán)氧樹脂E51，高速攪拌混合均勻，按三種環(huán)氧樹脂的不同比例制作4種混合液，編號為樹脂A、B、C、D。配制三種單一環(huán)氧樹脂的溶液。3）樣品測試：以環(huán)氧當量：胺當量=1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9分別將樹脂與固化劑混合，在室溫下實干后，涂抹于馬口鐵片上進行彎折觀察，粘結20mm圓柱用拉力試驗機進行測試，用邵氏硬度計進行硬度測量，用差熱分析儀進行差熱分析。

2 結果與討論

（1）彎折觀察 。彎折角度小于等于90°的有E51、E12和樹脂中的B、D。斷裂時角度最小的是E12，為60°；D涂片斷裂角度最小，為70°；E51斷裂角度為85°?；旌蠘渲瑩碛辛己玫目箶嗔研阅?，一方面，三種樹脂長中短鏈都有，比例恰當時，攪拌混合過程中保證了長鏈的完整性，長中短的交互摻雜，使應力分散更為均勻；另一方面，混胺中的柔性鏈段鏈接到環(huán)氧樹脂的網(wǎng)絡中，在固化過程中產(chǎn)生微相分離，從而形成緊密、疏松的兩種相網(wǎng)絡結構，打破了原交聯(lián)網(wǎng)絡的均勻性，此種網(wǎng)絡有利于應力分散，使得固化產(chǎn)物內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形，從而增加韌性[1]。

（2） 拉力測試 。對20mm圓柱樣品進行拉力試驗，環(huán)氧樹脂E51的拉伸強度為16.176MP，斷裂拉力為5196.13N，變形量為5.24mm；改性樹脂D的拉伸強度為16.053MP，斷裂拉力為5114.97N，變形量為5.63mm。試驗結果表明，最佳當量比值為1：0.8。由此可以看出，環(huán)氧樹脂的分子量、反應活性、交聯(lián)密度和體系各組分間的相容性，固化劑的添加量是影響力學性能的主要因素[2]。

（3）硬度測量 。對固化的各環(huán)氧樹脂進行硬度測試，通過實驗可知，當量比值為1：0.8時，樹脂D和E51的邵氏硬度值為96.2和95。隨著固化劑用量增加，硬度下降，但總體上對比，固化劑用量對固化產(chǎn)物影響很小，環(huán)氧樹脂的配比影響較大。

（4）差熱分析 。對固化樹脂進行差熱分析，升溫速率20℃/min，有所得結果如下：

溫度的上升，曲線出現(xiàn)兩峰，室溫固化反應不完全，固化過程分為兩個階段，固化溫度為85℃和132℃，固化劑用量對固化溫度影響較小。

溫度的上升，樹脂E12和E20的第一峰不明顯，室溫兩者固化反應較為完全，第二峰出現(xiàn)在139℃、141℃處。E51的雙峰明顯，出現(xiàn)在93℃和138℃處，室溫固化反應不完全。環(huán)氧當量決定第一階段的固化溫度，當量值越小，固化溫度越低，固化程度越大；否者相反；而對于第二階段的固化溫度影響較小。

出現(xiàn)雙峰，是因固化劑中伯胺基與環(huán)氧基的加成反應速度大于仲胺與環(huán)氧基的加成反應速度[2]，使得93℃左右出現(xiàn)第一個放熱峰，隨著反應的進行，體系的黏度增加，導致分子鏈段運動困難，只有再升高溫度，環(huán)氧基方可與反應活性相對較低的仲胺基和脲基上的活潑氫繼續(xù)發(fā)生反應，在138℃附近出現(xiàn)第二個放熱峰，這可歸結為仲胺基、脲基與環(huán)氧基的次級加成反應[3-4]。

3 結論

（1）確定了改性樹脂比例，確定了固化劑添加量。樹脂D綜合了三種環(huán)氧樹脂的優(yōu)良性能，擁有良好的韌性、硬度和粘結強度。（2）改性環(huán)氧樹脂體系彎折斷裂角度增加（15%～17%），拉伸變形量增加（0.3～0.5mm），拉伸強度有所下降（0.05～0.16MP），拉伸強度保持在16MP以上。（3）改性后的E51硬度更高。（4）樹脂D固化物在室溫下固化不完全，反應分兩個階段，固化溫度為87℃和136℃，該體系的固化反應在溫度85～140℃進行較為合適。

參考文獻：

[1]常鵬善，左瑞霖，王汝敏等.環(huán)氧樹脂增韌改性新技術[J].中國膠粘劑，2002，ll（02）：37-40.

[2]官建國，王維，龔榮洲.環(huán)氧樹脂用柔性固化劑I的研究[J].中國膠粘劑，2000，9（05）：10-12.

[3]李桂林.環(huán)氧樹脂與環(huán)氧涂料[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003：125-126.

[4]林薇薇，沈烈.端氨基聚脲聚氨酯環(huán)氧樹脂體系的固化反應及粘接性能[J].中國膠粘劑，1992，15（01）：30-32.