一種耐高溫環氧模具膠衣的配制及其性能研究

何明

摘要：通過氣態SiO2對環氧樹脂的改性研究，制備了符合輥涂工藝要求的高Tg玻璃鋼模具膠衣樹脂，研究了氣態SiO2對環氧樹脂粘度、觸變性的影響，測試了剪切拉伸強度及模量、彎曲強度，并進行了樣品模具的制作，對膠衣實際使用性能進行了評估。

關鍵詞：環氧樹脂；玻璃鋼；模具膠衣；粘度；觸變性

中圖分類號：TM911.47文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中國玻璃鋼工業得到了迅猛發展，玻璃鋼制品的種類越來越多，尺寸越來越大，對模具的要求也越來越高。因此，要進一步提高玻璃鋼產品的質量，首先要做的就是提高模具的質量。好的模具既要能滿足產品尺寸的精度，還要能根據產品性能，滿足它們的結構力學性能和機械性能等[1]。

膠衣是用于玻璃鋼復合材料模具制品表面的一個保護涂層，為復合材料模具提供一個保護層，同時又具有硬度高、耐熱、耐磨、可拋光性好、亮度高、使用壽命長等特點。對復合材料模具增強性能和改善外觀起到雙重作用。因此，配置高質量的膠衣對玻璃鋼復合材料模具來說是至關重要的。膠衣是一種混合物，在膠衣中基體樹脂的比例最大，占70%～80%，基體樹脂的結構賦予最終制品表面機械強度、光亮度、耐候、耐化學性，所以膠衣質量的好壞最關鍵的因素是基體樹脂質量的好壞。因此要配置好的膠衣一定要選用好的膠衣專用基體樹脂，特別關鍵的是要看幾個指標：斷裂延伸率、熱變形溫度和吸水率。本文以自制高Tg環氧樹脂為基礎，配置高Tg環氧模具膠衣樹脂并應用于風機葉片玻璃鋼模具的制造[2]。

2材料與方法

2.1原材料及配比

環氧樹脂及固化劑為自配高Tg體系，氣態SiO2為德國N20，偶聯劑KH-550；ZnO，50nm；原材料配比見表1。

2.2性能檢測

粘度用德國HAAKE旋轉粘度計測量，拉伸試驗和彎曲試驗：深圳新三思電子萬能試驗機，按GB/T 2567-2008進行測試。耐溫使用差示掃描量熱儀DSC測試Tg值；硬度使用巴氏硬度計測量，膠衣表面可拋光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂紙打磨評估。

2.3環氧樹脂膠衣的配置

按表1中比例混合除固化劑外的其他成分，首先進行人工機械攪拌，再使用電動機械攪拌機進行攪拌30min，倒桶后再用電動機械攪拌機攪拌30min。接著使用三輥研磨機研磨2次，以此來確保填料，特別是氣態SiO2分散良好。最后，將研磨好的膠衣放進抽真空裝置進行真空脫泡1.5h，真空壓力≥900mbar，脫泡結束后制得環氧樹脂膠衣A組分；在進行膠衣操作性能及機械性能測試時，按比例混合膠衣A組分與固化劑即得到模具膠衣進行試驗測試。

3結果及分析

3.1氣態SiO2添加量對膠衣粘度的影響

測定了不同SiO2添加量對膠衣的粘度的影響，由圖1可以看出，膠衣的粘度隨SiO2添加量的增加而增加；在實際的膠衣輥涂操作中，當SiO2的添加量過少時，膠衣的粘度偏低，膠衣在輥涂操作過程中無氣泡或產生很少氣泡但在很短時間內會自動消除，不足的地方時輥涂過后的流掛現象比較嚴重。而當SiO2的添加量過多時，膠衣的粘度偏大，膠衣的流掛現象基本消除了，但是在膠衣配置過程中的攪拌、研磨過程和膠衣輥涂施工過程中比較容易產生氣泡且很難自行消除；通過實際輥涂操作對膠衣輥涂施工性能進行評估，確定了合適的SiO2的添加量，當SiO2的添加量2%左右時，膠衣輥涂施工效果良好，并且膠衣無流掛、無氣泡等現象[4]。

3.2膠衣粘度隨轉速的變化

從圖2中可以看出，膠衣具有明顯的粘度隨剪切速率增加而減小的流動特性，屬于典型的假塑性流體，假塑性流體可以采用觸變指數來表征其觸變性，定義觸變指數=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根據3.1節中的試驗結果，當本膠衣的觸變指數在1.54左右時，有較好的輥涂操作性和自流平性。

3.3氣態SiO2添加量對膠衣機械性能的影響

測試添加氣態SiO2后對膠衣機械性能的影響，膠衣配置時，僅的氣態SiO2用量發生變化，其他材料的用量按表1進行配比。由表2可以看出，添加氣態SiO2對膠衣機械性能沒有影響，反而有一定的提高，產生這種變化的原因是氣態SiO2表面會與偶聯劑接枝，因為偶聯劑有一端是氨基，氨基可以與環氧樹脂中的環氧鍵發生反應，從而對氣態SiO2有一定的固定作用，同時也能夠防止氣態SiO2粒子發生團聚現象[7]；但是，當氣態SiO2添加量進一步增加時，配置出的膠衣的機械性能會有所下降，這種變化是氣態SiO2粒子過多，偶聯劑得量不足，氣態SiO2粒子分散不均發生團聚所致[5]。

3.4膠衣硬度及表面性能的評估

使用配置的膠衣制作樣品模具，測試膠衣Tg值為193℃，巴氏硬度為40HBa；表面性能使用1200P水磨砂紙進行水磨處理，再對模具進行拋光、涂脫模劑；并進行玻璃鋼產品的制作，經實際生產檢驗，配置的模具膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。

4結語

通過添加2%的氣態SiO2，制備出符合輥涂工藝要求的玻璃鋼模具膠衣樹脂，同時測試發現添加2%的氣態SiO2時，膠衣的拉伸強度及模量、極限拉應變、彎曲強度都有一定增強，符合模具制作的需要。最后進行了樣品模具的制作并用于實際玻璃鋼產品制作，經實際產品生產檢驗，配置的膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。對復合材料行業生產和配置更高使用要求的模具膠衣有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 孫曼靈.環氧樹脂的應用原理與技術[M].北京：機械工業出版社.

[2] 伊啟中，顧永華.環氧樹脂模具材料配制與固化工藝的實驗[J].上海工程技術大學學報，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃膠衣樹脂的研究[J].纖維復合材料，2005（1）.

[4] 李鳳.我國特種環氧樹脂生產和研究進展[J].化工生產與技術，2006（5）.

[5] 張玉龍，王化銀.熱固性塑料改性技術[M].北京：機械工業出版社，2006.endprint

摘要：通過氣態SiO2對環氧樹脂的改性研究，制備了符合輥涂工藝要求的高Tg玻璃鋼模具膠衣樹脂，研究了氣態SiO2對環氧樹脂粘度、觸變性的影響，測試了剪切拉伸強度及模量、彎曲強度，并進行了樣品模具的制作，對膠衣實際使用性能進行了評估。

關鍵詞：環氧樹脂；玻璃鋼；模具膠衣；粘度；觸變性

中圖分類號：TM911.47文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中國玻璃鋼工業得到了迅猛發展，玻璃鋼制品的種類越來越多，尺寸越來越大，對模具的要求也越來越高。因此，要進一步提高玻璃鋼產品的質量，首先要做的就是提高模具的質量。好的模具既要能滿足產品尺寸的精度，還要能根據產品性能，滿足它們的結構力學性能和機械性能等[1]。

膠衣是用于玻璃鋼復合材料模具制品表面的一個保護涂層，為復合材料模具提供一個保護層，同時又具有硬度高、耐熱、耐磨、可拋光性好、亮度高、使用壽命長等特點。對復合材料模具增強性能和改善外觀起到雙重作用。因此，配置高質量的膠衣對玻璃鋼復合材料模具來說是至關重要的。膠衣是一種混合物，在膠衣中基體樹脂的比例最大，占70%～80%，基體樹脂的結構賦予最終制品表面機械強度、光亮度、耐候、耐化學性，所以膠衣質量的好壞最關鍵的因素是基體樹脂質量的好壞。因此要配置好的膠衣一定要選用好的膠衣專用基體樹脂，特別關鍵的是要看幾個指標：斷裂延伸率、熱變形溫度和吸水率。本文以自制高Tg環氧樹脂為基礎，配置高Tg環氧模具膠衣樹脂并應用于風機葉片玻璃鋼模具的制造[2]。

2材料與方法

2.1原材料及配比

環氧樹脂及固化劑為自配高Tg體系，氣態SiO2為德國N20，偶聯劑KH-550；ZnO，50nm；原材料配比見表1。

2.2性能檢測

粘度用德國HAAKE旋轉粘度計測量，拉伸試驗和彎曲試驗：深圳新三思電子萬能試驗機，按GB/T 2567-2008進行測試。耐溫使用差示掃描量熱儀DSC測試Tg值；硬度使用巴氏硬度計測量，膠衣表面可拋光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂紙打磨評估。

2.3環氧樹脂膠衣的配置

按表1中比例混合除固化劑外的其他成分，首先進行人工機械攪拌，再使用電動機械攪拌機進行攪拌30min，倒桶后再用電動機械攪拌機攪拌30min。接著使用三輥研磨機研磨2次，以此來確保填料，特別是氣態SiO2分散良好。最后，將研磨好的膠衣放進抽真空裝置進行真空脫泡1.5h，真空壓力≥900mbar，脫泡結束后制得環氧樹脂膠衣A組分；在進行膠衣操作性能及機械性能測試時，按比例混合膠衣A組分與固化劑即得到模具膠衣進行試驗測試。

3結果及分析

3.1氣態SiO2添加量對膠衣粘度的影響

測定了不同SiO2添加量對膠衣的粘度的影響，由圖1可以看出，膠衣的粘度隨SiO2添加量的增加而增加；在實際的膠衣輥涂操作中，當SiO2的添加量過少時，膠衣的粘度偏低，膠衣在輥涂操作過程中無氣泡或產生很少氣泡但在很短時間內會自動消除，不足的地方時輥涂過后的流掛現象比較嚴重。而當SiO2的添加量過多時，膠衣的粘度偏大，膠衣的流掛現象基本消除了，但是在膠衣配置過程中的攪拌、研磨過程和膠衣輥涂施工過程中比較容易產生氣泡且很難自行消除；通過實際輥涂操作對膠衣輥涂施工性能進行評估，確定了合適的SiO2的添加量，當SiO2的添加量2%左右時，膠衣輥涂施工效果良好，并且膠衣無流掛、無氣泡等現象[4]。

3.2膠衣粘度隨轉速的變化

從圖2中可以看出，膠衣具有明顯的粘度隨剪切速率增加而減小的流動特性，屬于典型的假塑性流體，假塑性流體可以采用觸變指數來表征其觸變性，定義觸變指數=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根據3.1節中的試驗結果，當本膠衣的觸變指數在1.54左右時，有較好的輥涂操作性和自流平性。

3.3氣態SiO2添加量對膠衣機械性能的影響

測試添加氣態SiO2后對膠衣機械性能的影響，膠衣配置時，僅的氣態SiO2用量發生變化，其他材料的用量按表1進行配比。由表2可以看出，添加氣態SiO2對膠衣機械性能沒有影響，反而有一定的提高，產生這種變化的原因是氣態SiO2表面會與偶聯劑接枝，因為偶聯劑有一端是氨基，氨基可以與環氧樹脂中的環氧鍵發生反應，從而對氣態SiO2有一定的固定作用，同時也能夠防止氣態SiO2粒子發生團聚現象[7]；但是，當氣態SiO2添加量進一步增加時，配置出的膠衣的機械性能會有所下降，這種變化是氣態SiO2粒子過多，偶聯劑得量不足，氣態SiO2粒子分散不均發生團聚所致[5]。

3.4膠衣硬度及表面性能的評估

使用配置的膠衣制作樣品模具，測試膠衣Tg值為193℃，巴氏硬度為40HBa；表面性能使用1200P水磨砂紙進行水磨處理，再對模具進行拋光、涂脫模劑；并進行玻璃鋼產品的制作，經實際生產檢驗，配置的模具膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。

4結語

通過添加2%的氣態SiO2，制備出符合輥涂工藝要求的玻璃鋼模具膠衣樹脂，同時測試發現添加2%的氣態SiO2時，膠衣的拉伸強度及模量、極限拉應變、彎曲強度都有一定增強，符合模具制作的需要。最后進行了樣品模具的制作并用于實際玻璃鋼產品制作，經實際產品生產檢驗，配置的膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。對復合材料行業生產和配置更高使用要求的模具膠衣有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 孫曼靈.環氧樹脂的應用原理與技術[M].北京：機械工業出版社.

[2] 伊啟中，顧永華.環氧樹脂模具材料配制與固化工藝的實驗[J].上海工程技術大學學報，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃膠衣樹脂的研究[J].纖維復合材料，2005（1）.

[4] 李鳳.我國特種環氧樹脂生產和研究進展[J].化工生產與技術，2006（5）.

[5] 張玉龍，王化銀.熱固性塑料改性技術[M].北京：機械工業出版社，2006.endprint

摘要：通過氣態SiO2對環氧樹脂的改性研究，制備了符合輥涂工藝要求的高Tg玻璃鋼模具膠衣樹脂，研究了氣態SiO2對環氧樹脂粘度、觸變性的影響，測試了剪切拉伸強度及模量、彎曲強度，并進行了樣品模具的制作，對膠衣實際使用性能進行了評估。

關鍵詞：環氧樹脂；玻璃鋼；模具膠衣；粘度；觸變性

中圖分類號：TM911.47文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中國玻璃鋼工業得到了迅猛發展，玻璃鋼制品的種類越來越多，尺寸越來越大，對模具的要求也越來越高。因此，要進一步提高玻璃鋼產品的質量，首先要做的就是提高模具的質量。好的模具既要能滿足產品尺寸的精度，還要能根據產品性能，滿足它們的結構力學性能和機械性能等[1]。

膠衣是用于玻璃鋼復合材料模具制品表面的一個保護涂層，為復合材料模具提供一個保護層，同時又具有硬度高、耐熱、耐磨、可拋光性好、亮度高、使用壽命長等特點。對復合材料模具增強性能和改善外觀起到雙重作用。因此，配置高質量的膠衣對玻璃鋼復合材料模具來說是至關重要的。膠衣是一種混合物，在膠衣中基體樹脂的比例最大，占70%～80%，基體樹脂的結構賦予最終制品表面機械強度、光亮度、耐候、耐化學性，所以膠衣質量的好壞最關鍵的因素是基體樹脂質量的好壞。因此要配置好的膠衣一定要選用好的膠衣專用基體樹脂，特別關鍵的是要看幾個指標：斷裂延伸率、熱變形溫度和吸水率。本文以自制高Tg環氧樹脂為基礎，配置高Tg環氧模具膠衣樹脂并應用于風機葉片玻璃鋼模具的制造[2]。

2材料與方法

2.1原材料及配比

環氧樹脂及固化劑為自配高Tg體系，氣態SiO2為德國N20，偶聯劑KH-550；ZnO，50nm；原材料配比見表1。

2.2性能檢測

粘度用德國HAAKE旋轉粘度計測量，拉伸試驗和彎曲試驗：深圳新三思電子萬能試驗機，按GB/T 2567-2008進行測試。耐溫使用差示掃描量熱儀DSC測試Tg值；硬度使用巴氏硬度計測量，膠衣表面可拋光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂紙打磨評估。

2.3環氧樹脂膠衣的配置

按表1中比例混合除固化劑外的其他成分，首先進行人工機械攪拌，再使用電動機械攪拌機進行攪拌30min，倒桶后再用電動機械攪拌機攪拌30min。接著使用三輥研磨機研磨2次，以此來確保填料，特別是氣態SiO2分散良好。最后，將研磨好的膠衣放進抽真空裝置進行真空脫泡1.5h，真空壓力≥900mbar，脫泡結束后制得環氧樹脂膠衣A組分；在進行膠衣操作性能及機械性能測試時，按比例混合膠衣A組分與固化劑即得到模具膠衣進行試驗測試。

3結果及分析

3.1氣態SiO2添加量對膠衣粘度的影響

測定了不同SiO2添加量對膠衣的粘度的影響，由圖1可以看出，膠衣的粘度隨SiO2添加量的增加而增加；在實際的膠衣輥涂操作中，當SiO2的添加量過少時，膠衣的粘度偏低，膠衣在輥涂操作過程中無氣泡或產生很少氣泡但在很短時間內會自動消除，不足的地方時輥涂過后的流掛現象比較嚴重。而當SiO2的添加量過多時，膠衣的粘度偏大，膠衣的流掛現象基本消除了，但是在膠衣配置過程中的攪拌、研磨過程和膠衣輥涂施工過程中比較容易產生氣泡且很難自行消除；通過實際輥涂操作對膠衣輥涂施工性能進行評估，確定了合適的SiO2的添加量，當SiO2的添加量2%左右時，膠衣輥涂施工效果良好，并且膠衣無流掛、無氣泡等現象[4]。

3.2膠衣粘度隨轉速的變化

從圖2中可以看出，膠衣具有明顯的粘度隨剪切速率增加而減小的流動特性，屬于典型的假塑性流體，假塑性流體可以采用觸變指數來表征其觸變性，定義觸變指數=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根據3.1節中的試驗結果，當本膠衣的觸變指數在1.54左右時，有較好的輥涂操作性和自流平性。

3.3氣態SiO2添加量對膠衣機械性能的影響

測試添加氣態SiO2后對膠衣機械性能的影響，膠衣配置時，僅的氣態SiO2用量發生變化，其他材料的用量按表1進行配比。由表2可以看出，添加氣態SiO2對膠衣機械性能沒有影響，反而有一定的提高，產生這種變化的原因是氣態SiO2表面會與偶聯劑接枝，因為偶聯劑有一端是氨基，氨基可以與環氧樹脂中的環氧鍵發生反應，從而對氣態SiO2有一定的固定作用，同時也能夠防止氣態SiO2粒子發生團聚現象[7]；但是，當氣態SiO2添加量進一步增加時，配置出的膠衣的機械性能會有所下降，這種變化是氣態SiO2粒子過多，偶聯劑得量不足，氣態SiO2粒子分散不均發生團聚所致[5]。

3.4膠衣硬度及表面性能的評估

使用配置的膠衣制作樣品模具，測試膠衣Tg值為193℃，巴氏硬度為40HBa；表面性能使用1200P水磨砂紙進行水磨處理，再對模具進行拋光、涂脫模劑；并進行玻璃鋼產品的制作，經實際生產檢驗，配置的模具膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。

4結語

通過添加2%的氣態SiO2，制備出符合輥涂工藝要求的玻璃鋼模具膠衣樹脂，同時測試發現添加2%的氣態SiO2時，膠衣的拉伸強度及模量、極限拉應變、彎曲強度都有一定增強，符合模具制作的需要。最后進行了樣品模具的制作并用于實際玻璃鋼產品制作，經實際產品生產檢驗，配置的膠衣硬度高、耐熱溫度高、可拋光性好，滿足實際生產需要。對復合材料行業生產和配置更高使用要求的模具膠衣有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 孫曼靈.環氧樹脂的應用原理與技術[M].北京：機械工業出版社.

[2] 伊啟中，顧永華.環氧樹脂模具材料配制與固化工藝的實驗[J].上海工程技術大學學報，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃膠衣樹脂的研究[J].纖維復合材料，2005（1）.

[4] 李鳳.我國特種環氧樹脂生產和研究進展[J].化工生產與技術，2006（5）.

[5] 張玉龍，王化銀.熱固性塑料改性技術[M].北京：機械工業出版社，2006.endprint