水性環(huán)氧樹脂研究固化溫度對(duì)其拉伸強(qiáng)度的影響

陶子程

（寧夏大學(xué)新華學(xué)院，寧夏銀川 750001）

1 雙酚A 型環(huán)氧樹脂

雙酚A 型環(huán)氧樹脂在環(huán)氧樹脂中被廣泛使用。其所生產(chǎn)的工藝一般為環(huán)氧氯丙烷（ECH）和雙酚A 在催化劑氫氧化鈉的作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)。目前我國對(duì)雙酚A 型環(huán)氧樹脂產(chǎn)量比重很大，其占環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的80%以上[1]，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速的時(shí)代，已經(jīng)普遍應(yīng)用在我國各個(gè)領(lǐng)域，也因此被稱為通用型環(huán)氧樹脂。

該樹脂的典型性能[2]如下：①附著力很強(qiáng)；②力學(xué)性能高，材料結(jié)構(gòu)致密，同時(shí)具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度以及物理強(qiáng)度；③該樹脂不僅具有良好的穩(wěn)定性，對(duì)化學(xué)藥品具有很強(qiáng)的抵抗性；④具有絕佳的絕緣性能，普遍性能與聚酯樹脂相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 水環(huán)氧樹脂固化劑及固化機(jī)理

2.1 固化劑

環(huán)氧樹脂具有線型結(jié)構(gòu)，本身不會(huì)硬化，只有當(dāng)加入固化劑后，反應(yīng)生成不溶不熔的具有三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物，這時(shí)會(huì)才表現(xiàn)出許多社會(huì)應(yīng)用價(jià)值以及良好的性能，因此我們把環(huán)氧樹脂可以歸屬于熱固性樹脂[3]。

環(huán)氧樹脂組成物主要由樹脂成分、改性成分、調(diào)節(jié)流動(dòng)性成分和其他成分這四個(gè)方面組成。而環(huán)氧樹脂的這四個(gè)方面的各個(gè)組分是可以改變的，所以可研發(fā)出多種用途的環(huán)氧樹脂，得以滿足不同工程領(lǐng)域的需求，繼而得到廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，開發(fā)一種新的固化劑也就是意味著開發(fā)一種環(huán)氧樹脂的新的應(yīng)用指標(biāo)。溶于水并且能被水乳化的環(huán)氧樹脂固化劑，稱為水性環(huán)氧固化劑[2]。多元胺類固化劑的通常都具有溶于水的性質(zhì)。但它也有一定的缺陷，比如在室溫下，具有較大的揮發(fā)性，并且?guī)в幸欢ǖ亩拘?，其固化時(shí)間較短，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)條件比較苛刻。環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)程度的兩個(gè)重要決定因素：固化所具備的條件以及固化劑的摻量。其式（1）如下：

式中：G-每100g 環(huán)氧樹脂中胺的使用質(zhì)量，g；M-胺的相對(duì)分子質(zhì)量；n-胺的活潑氫原子數(shù)；a-胺的純度，%；E-環(huán)氧樹脂環(huán)氧值。

2.2 促進(jìn)劑

在使用環(huán)氧樹脂時(shí)，為了滿足工程需要，有些希望環(huán)氧樹脂可以固化慢些，有些則需要盡快固化環(huán)氧樹脂。通常若想要增加固化速度，則添加環(huán)氧促進(jìn)劑。添加固化劑后，環(huán)氧樹脂不僅可以縮短固化時(shí)間、降低固化溫度，還可以減小固化物體內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。

3 水性環(huán)氧樹脂性能測(cè)定

3.1 原材料

采用E-44 水性環(huán)氧樹脂，其固含量為50%。水性環(huán)氧樹脂對(duì)于固化體系的配比方案，見表1。

表1 水性環(huán)氧樹脂對(duì)于固化體系配比方案

3.2 漆膜附著力試驗(yàn)

3.2.1 試樣制備

將制備好的水性環(huán)氧樹脂均勻的涂抹在尺寸為50mm×100mm×0.2mm 的馬口鐵板上，于室溫下待漆膜完全固化。

3.2.2實(shí)驗(yàn)儀器

電動(dòng)漆膜附著力試驗(yàn)儀見圖1。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)《漆膜附著力測(cè)定法》[4]對(duì)漆膜膜附著力進(jìn)行測(cè)定，見圖2。

根據(jù)滾輪線劃痕引起漆膜損壞程度，按照滾輪線劃痕評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)可以得出結(jié)論，采用化學(xué)接枝法制備的E-44 水性環(huán)氧樹脂的附著力很好，為1 級(jí)。表明試驗(yàn)所選用的用化學(xué)接枝法制備的E-44 水性環(huán)氧樹脂具有超強(qiáng)的附著力。

圖1 電動(dòng)漆膜附著力試驗(yàn)儀

圖2 漆膜附著力測(cè)定

3.4 拉伸試驗(yàn)

3.4.1 試驗(yàn)方法

按照樹脂澆筑體性能試驗(yàn)方法及規(guī)范（GB/T 2567—2008）[5]。

3.4.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)所用儀器：電子材料試驗(yàn)機(jī)，見圖3。

圖3 電子材料試驗(yàn)機(jī)

環(huán)境溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。加載速度：10mm/min。

3.4.3 試樣制備

將準(zhǔn)備好的水性環(huán)氧樹脂澆筑到試膜中。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

不同養(yǎng)護(hù)溫度的條件下，溫度與拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率具有一定聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 水環(huán)氧樹脂拉伸斷裂結(jié)果

由表2 可知，隨著水環(huán)氧樹脂固化溫度的升高，拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出較小幅度的增長，在實(shí)驗(yàn)溫度處于60℃時(shí)，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值，其最大值為5.27MPa；斷裂伸長率減少，但減少不明顯?？梢钥闯鰧?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中顯示的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都沒有較明顯的變化。但其拉伸強(qiáng)度值較前人同樣研究水環(huán)氧樹脂時(shí)的拉伸強(qiáng)度值偏小，在即化學(xué)接枝法制備的E-44 水環(huán)氧樹脂具有良的高溫穩(wěn)定性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）本文根據(jù)環(huán)氧樹脂的水性化方法和固化機(jī)理，計(jì)算出固化劑的最佳使用量為水環(huán)氧樹脂的3.2%。

（2）本章對(duì)采用化學(xué)接枝法制備的E-44 水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行了涂膜附著力試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，E-44 水環(huán)氧樹脂涂膜具有良好的附著力，且為1 級(jí)。

（3）在拉伸試驗(yàn)中，隨著溫度的升高，水性環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度有所升高，但其升高幅度較小，在60℃時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值。表明水環(huán)氧樹脂具有良好的高溫穩(wěn)定性。