環氧樹脂E51改性增韌研究

袁濤

摘 要：以雙酚改性環氧樹脂E51（EP），達到改性增韌的目的。進行了一系列實驗，對比了用單一環氧樹脂、混合樹脂與自制混合胺，在相同和不同環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型環氧樹脂粘度低，環氧值高，固化效果，不足之處在于脆性大，韌性低；E20和E12型環氧樹脂粘結度高，韌性好的優點，不足之處在于硬度低。把三種環氧樹脂按比例混合，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點，與自制混胺固化后，提高固化物性能，克服了使用單一環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氧樹脂E12、E20，高速攪拌二十分鐘，待樹脂溶解后加入環氧樹脂E51，高速攪拌混合均勻，按三種環氧樹脂的不同比例制作4種混合液，編號為樹脂A、B、C、D。配制三種單一環氧樹脂的溶液。3）樣品測試：以環氧當量：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°。混合樹脂擁有良好的抗斷裂性能，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氧樹脂的網絡中，在固化過程中產生微相分離，從而形成緊密、疏松的兩種相網絡結構，打破了原交聯網絡的均勻性，此種網絡有利于應力分散，使得固化產物內部產生塑性變形，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，環氧樹脂的分子量、反應活性、交聯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物影響很小，環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，第二峰出現在139℃、141℃處。E51的雙峰明顯，出現在93℃和138℃處，室溫固化反應不完全。環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。

出現雙峰，是因固化劑中伯胺基與環氧基的加成反應速度大于仲胺與環氧基的加成反應速度[2]，使得93℃左右出現第一個放熱峰，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發生反應，在138℃附近出現第二個放熱峰，這可歸結為仲胺基、脲基與環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綜合了三種環氧樹脂的優良性能，擁有良好的韌性、硬度和粘結強度。（2）改性環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.環氧樹脂與環氧涂料[M].北京：化學工業出版社，2003：125-126.

[4]林薇薇，沈烈.端氨基聚脲聚氨酯環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.