環(huán)氧樹脂固化模型野外澆注試驗(yàn)

馬駿，邢坤，劉正躍，王巖，王理杰，朱建行，隗陳征，楊明鑫

（大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧大連 116023）

環(huán)氧樹脂模型廣泛用于掘穴生物的洞穴形態(tài)研究，是研究生物擾動(dòng)和個(gè)體行為學(xué)的較為經(jīng)濟(jì)和直觀的方法。在國外，此方法已應(yīng)用于螻蝦蛄[1]、彈涂魚[2]等潮間帶物種，國內(nèi)只見于環(huán)氧樹脂模型用于大彈涂魚洞穴結(jié)構(gòu)的研究[3]。

本研究采用E-44環(huán)氧樹脂和T31固化劑，在遼寧省盤錦市遼河口濕地開展野外實(shí)地實(shí)驗(yàn)，通過澆注天津厚蟹洞穴，試驗(yàn)了不同環(huán)境溫度和配比下的環(huán)氧樹脂模型固化效果，包括混合物流動(dòng)性、化學(xué)熱、凝固時(shí)間、沸騰時(shí)間和凝固后質(zhì)地，總結(jié)出一套操作性良好的固化程序和方法，為未來開展類似的野外實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

E-44環(huán)氧樹脂: E-44環(huán)氧樹脂是一種含有環(huán)氧基因的高分子聚合物，具有疏水性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫和高黏度的特點(diǎn)。

T31固化劑: T31固化劑，其成分為酚醛胺，在室外高溫、低溫和潮濕等條件下與環(huán)氧樹脂有較好的固化性能。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

E-44環(huán)氧樹脂和T31固化劑的混合體積比為8∶1、4∶1、2∶1、1∶1和1∶2，實(shí)驗(yàn)分別于3月10日、6月28日、10月15日和12月17日進(jìn)行，分別記錄正午時(shí)天津厚蟹洞穴分布區(qū)氣溫、土壤表層1 cm和底層10 cm處溫度。環(huán)氧樹脂呈透明狀，春冬兩季低溫下呈黏稠狀，為方便操作，在與固化劑混合前需在室內(nèi)加熱。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合比影響

盤錦紅海灘濕地天津厚蟹分布區(qū)全年正午氣溫變化劇烈，12月和6月氣溫可分別達(dá)到-10～30℃，春秋兩季氣溫在0～10℃；底層10 cm處土壤溫度變化較外界氣溫小，掘穴可創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境；表層土壤溫度變化與氣溫類似，但春冬季節(jié)形成的凍土層厚度達(dá)20～40 cm。在實(shí)際操作中，凍土洞穴中積存的冰雪影響了樹脂模型澆注效果，應(yīng)盡量避免在春冬季節(jié)進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)。

T31固化劑淡黃色，其流動(dòng)性不受環(huán)境溫度影響。混合物質(zhì)地根據(jù)固化劑的用量而變化，固化劑用量越大，流動(dòng)性越好，如圖1所示。8∶1混合時(shí)，樹脂模型流動(dòng)性差，凝固時(shí)間長。4∶1和2∶1的混合比例也易產(chǎn)熱，如不及時(shí)澆注于洞穴中使其熱量散發(fā)，化學(xué)熱會(huì)不斷積聚直至沸騰。1∶1混合時(shí)，產(chǎn)生的化學(xué)熱不斷積聚，如不在短時(shí)間內(nèi)用于澆注，反應(yīng)器中的混合液容易沸騰，產(chǎn)生大量氣泡，溫度接近100℃，操作時(shí)務(wù)必小心，如夏季室外溫度接近30℃時(shí)，1∶1混合物攪動(dòng)5 min后樹脂模型便已沸騰，如圖2所示。1∶2比例混合時(shí)樹脂模型24 h內(nèi)不會(huì)凝固。

圖1 樹脂模型不同混合比例

2.2 溫度影響

此外，在不同環(huán)境溫度下，樹脂模型凝固時(shí)間明顯不同：2∶1和4∶1混合比例在春冬兩季時(shí)樹脂模型室外凝固時(shí)間較長，2∶1混合后凝固時(shí)間為8 h，4∶1混合后凝固時(shí)間可達(dá)10 h（表1）；夏秋季節(jié)，2∶1和4∶1混合比例凝固時(shí)間較短，分別約為1 h和2 h（表2）。在實(shí)際工作中，推薦使用4∶1和2∶1混合比例的樹脂模型，凝固時(shí)間在春、冬兩季為10 h以內(nèi)，夏、秋兩季為2 h以內(nèi)。

表1 春冬季節(jié)不同配比樹脂模型的室外凝固時(shí)間

2.3 T31固化劑與聚酰胺樹脂固化劑比較

E 44環(huán)氧樹脂和T31固化劑是市場(chǎng)上常見的鑄模材料。環(huán)氧值是指每100 g樹脂中所含環(huán)氧基的物質(zhì)的量數(shù)，是鑒別環(huán)氧樹脂性質(zhì)的最主要的指標(biāo)。E-44為企業(yè)牌號(hào)，代表平均環(huán)氧值為0.44。E-44環(huán)氧樹脂加熱至200℃也變化不大，與適宜比例的固化劑混合后機(jī)械強(qiáng)度好。固化劑種類繁多[4]，其固化效果也不同。張其永[3]采用了聚酰胺樹脂固化劑，其與環(huán)氧樹脂的混合比例為1∶1，不同的混合比例可能與固化劑的種類有關(guān)。筆者采用無毒和無刺激性氣味的T31固化劑，其成分為酚醛胺[5]，可用于水下固化，適合沿海濕地掘穴動(dòng)物洞穴形態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)研究。

表2 夏秋季節(jié)不同配比樹脂模型的室外凝固時(shí)間

E-44環(huán)氧樹脂在20℃以下呈黏稠狀，不易攪拌，在澆注洞穴的實(shí)際應(yīng)用中，春冬季節(jié)應(yīng)在室內(nèi)加熱的方法促進(jìn)環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性，在20℃左右溫度下與固化劑混合。環(huán)氧樹脂用量越大，流動(dòng)性較差，8∶1比例混合時(shí)質(zhì)地黏稠，無法用于澆注樹脂模型；T31固化劑用量越大，混合物流動(dòng)性越佳，但凝固后質(zhì)地和耐熱性均越差，2∶1比例混合后的樹脂模型在夏季高溫時(shí)易變形，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果失真，1∶1比例混合后迅速用于澆注，雖然也能凝固，但樹脂模型質(zhì)脆，容易破損。

沸騰現(xiàn)象與化學(xué)熱的產(chǎn)生有關(guān)，與環(huán)境溫度關(guān)系不大，冬季混合后不宜加熱，以防止沸騰。在夏秋兩季氣溫比較高時(shí)，混合物攪動(dòng)后更易沸騰，1∶1比例混合5 min后便已沸騰，當(dāng)混合物比例為2∶1和4∶1時(shí)，攪動(dòng)時(shí)間不宜超過5 min，并在短時(shí)間內(nèi)用于澆注，以防止沸騰。

3 結(jié)論

環(huán)氧樹脂用量越大，流動(dòng)性越差，但凝固后質(zhì)地越硬，耐熱性越佳。綜合考量，實(shí)際操作中混合比例2∶1和4∶1的樹脂模型固化效果最佳，其中夏季時(shí)推薦使用混合比例為4∶1，其他季節(jié)可使用2∶1的混合比例；另外，4∶1混合后的流動(dòng)性較好，可應(yīng)用于小洞穴的澆注。

[1]Candisani L,Sumida P,Pires-vanin A.Burrow Morphology and Mating Behaviour of the Thalassinidean Shrimp Upogebia noronhensis[J].Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom,2001,81(5):799-803.

[2]Itani G,Uchino T.Burrow Morphology of the Goby Taenioides cirratus[J].Journal of the Marine Biological Association of the Uk,2003,83(4):881-882.

[3]張其永,洪萬樹,陳仕璽,等.潮間帶大彈涂魚產(chǎn)卵習(xí)性和自然受精卵孵化研究[J].熱帶海洋學(xué)報(bào),2006,25(5):68-73.

[4]李娟,郭杰,劉青.環(huán)氧樹脂固化劑研究新進(jìn)展[J].化工新型材料,2017(3):31-33.

[5]李娟,張興喜.酚醛胺(T31)環(huán)氧樹脂固化劑的應(yīng)用與發(fā)展綜述[J].化工時(shí)刊,2005,19(11):39-41.