環氧樹脂固化模型野外澆注試驗

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 海洋科技與環境學院，遼寧大連 116023）

環氧樹脂模型廣泛用于掘穴生物的洞穴形態研究，是研究生物擾動和個體行為學的較為經濟和直觀的方法。在國外，此方法已應用于螻蝦蛄[1]、彈涂魚[2]等潮間帶物種，國內只見于環氧樹脂模型用于大彈涂魚洞穴結構的研究[3]。

本研究采用E-44環氧樹脂和T31固化劑，在遼寧省盤錦市遼河口濕地開展野外實地實驗，通過澆注天津厚蟹洞穴，試驗了不同環境溫度和配比下的環氧樹脂模型固化效果，包括混合物流動性、化學熱、凝固時間、沸騰時間和凝固后質地，總結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驗提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

E-44環氧樹脂: E-44環氧樹脂是一種含有環氧基因的高分子聚合物，具有疏水性、化學性質穩定、耐高溫和高黏度的特點。

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氧樹脂有較好的固化性能。

1.2 實驗方法

E-44環氧樹脂和T31固化劑的混合體積比為8∶1、4∶1、2∶1、1∶1和1∶2，實驗分別于3月10日、6月28日、10月15日和12月17日進行，分別記錄正午時天津厚蟹洞穴分布區氣溫、土壤表層1 cm和底層10 cm處溫度。環氧樹脂呈透明狀，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加熱。

2 結果與分析

2.1 混合比影響

盤錦紅海灘濕地天津厚蟹分布區全年正午氣溫變化劇烈，12月和6月氣溫可分別達到-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，掘穴可創造適宜的生存環境；表層土壤溫度變化與氣溫類似，但春冬季節形成的凍土層厚度達20～40 cm。在實際操作中，凍土洞穴中積存的冰雪影響了樹脂模型澆注效果，應盡量避免在春冬季節進行實地實驗。

T31固化劑淡黃色，其流動性不受環境溫度影響。混合物質地根據固化劑的用量而變化，固化劑用量越大，流動性越好，如圖1所示。8∶1混合時，樹脂模型流動性差，凝固時間長。4∶1和2∶1的混合比例也易產熱，如不及時澆注于洞穴中使其熱量散發，化學熱會不斷積聚直至沸騰。1∶1混合時，產生的化學熱不斷積聚，如不在短時間內用于澆注，反應器中的混合液容易沸騰，產生大量氣泡，溫度接近100℃，操作時務必小心，如夏季室外溫度接近30℃時，1∶1混合物攪動5 min后樹脂模型便已沸騰，如圖2所示。1∶2比例混合時樹脂模型24 h內不會凝固。

圖1 樹脂模型不同混合比例

2.2 溫度影響

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

表1 春冬季節不同配比樹脂模型的室外凝固時間

2.3 T31固化劑與聚酰胺樹脂固化劑比較

E 44環氧樹脂和T31固化劑是市場上常見的鑄模材料。環氧值是指每100 g樹脂中所含環氧基的物質的量數，是鑒別環氧樹脂性質的最主要的指標。E-44為企業牌號，代表平均環氧值為0.44。E-44環氧樹脂加熱至200℃也變化不大，與適宜比例的固化劑混合后機械強度好。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。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物洞穴形態的現場研究。

表2 夏秋季節不同配比樹脂模型的室外凝固時間

E-44環氧樹脂在20℃以下呈黏稠狀，不易攪拌，在澆注洞穴的實際應用中，春冬季節應在室內加熱的方法促進環氧樹脂的流動性，在20℃左右溫度下與固化劑混合。環氧樹脂用量越大，流動性較差，8∶1比例混合時質地黏稠，無法用于澆注樹脂模型；T31固化劑用量越大，混合物流動性越佳，但凝固后質地和耐熱性均越差，2∶1比例混合后的樹脂模型在夏季高溫時易變形，導致實驗結果失真，1∶1比例混合后迅速用于澆注，雖然也能凝固，但樹脂模型質脆，容易破損。

沸騰現象與化學熱的產生有關，與環境溫度關系不大，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，混合物攪動后更易沸騰，1∶1比例混合5 min后便已沸騰，當混合物比例為2∶1和4∶1時，攪動時間不宜超過5 min，并在短時間內用于澆注，以防止沸騰。

3 結論

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

[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.潮間帶大彈涂魚產卵習性和自然受精卵孵化研究[J].熱帶海洋學報,2006,25(5):68-73.

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

[5]李娟,張興喜.酚醛胺(T31)環氧樹脂固化劑的應用與發展綜述[J].化工時刊,2005,19(11):39-41.