環(huán)氧樹(shù)脂改性在雷達(dá)吸波涂料中的應(yīng)用研究

黃卉芬，何紫瑩

摘 要：研究分析環(huán)氧樹(shù)脂改性在雷達(dá)吸波涂料中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中環(huán)氧基與己二胺氨基中的活潑H物質(zhì)部分產(chǎn)生羥烷基化，并與丙烯腈雙鍵產(chǎn)生氰乙基化反應(yīng)。結(jié)果表明，己二胺與丙烯腈量比逐漸增加時(shí)，附著力逐漸變小，柔韌性提升。雷達(dá)涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，雷達(dá)涂層綜合性能良好。樹(shù)脂添加量為15%時(shí)，附著力14.4 MPa，柔韌性5 mm，涂層附著力較為良好，柔韌性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂改性;雷達(dá)吸波涂料;環(huán)氧基;活潑H物質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ323.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）11-0017-03

Study onApplication of Epoxy Resin Modification in Radar Absorbing Coatings

Huang Huifen1， He Ziying2

（1.Guangxi Vocational College of Safety Engineering， Nanning 530000， China;

2.Guangxi Vocational & Technical Institute of Industry， Nanning 530000， China）

Abstract：Research and analyze the application of epoxy resin modification in radar wave absorption coating. Design experiment， epoxy group and the lively H part in hexodiamine amino group produce hydroxyalkylation， and produce cyanoethylation reaction with acrylonitrile double bond.And it turns out When the ratio of hexdiamide to acrylonitrile gradually increases， the adhesion gradually decreases and the flexibility increases.Radar coating flexibility is 10 mm， coating adhesion 16.8 MPa， radar coating comprehensive performance.When the resin is added to 15%， the adhesion is 14.4 MPa， and the flexibility is 5 mm， with good coating adhesion and strong flexibility.

Key words：? epoxy resin modification; radar wave absorption coating; epoxy base; lively H substance

0 前言

雷達(dá)吸波涂料是飛行器設(shè)計(jì)因素之一，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器隱身運(yùn)作，屬于一種隱身材料技術(shù)，雷達(dá)吸波涂料在運(yùn)行中施工較為便捷，材料制備較為簡(jiǎn)單，施工中不會(huì)受到工件形狀的限制，其在飛行器運(yùn)用中較為常見(jiàn)。與外蒙皮漆相比，雷達(dá)吸波涂層更厚，具有更大的顏基比，在涂刷與機(jī)械加工層面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，在施工作業(yè)中，要求涂層韌性與附著力良好[1]。當(dāng)前雷達(dá)吸波涂料主要運(yùn)用的材料有環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、氯丁橡膠等，但是這些材料運(yùn)用中，樹(shù)脂難以充分適應(yīng)當(dāng)前飛行器的飛行需求，應(yīng)當(dāng)不斷予以改進(jìn)[2]。環(huán)氧樹(shù)脂涂層目前在雷達(dá)吸波涂料中具有較為廣闊的應(yīng)用空間，環(huán)氧樹(shù)脂涂層具有高填充量的特征，附著力良好。運(yùn)用中具有耐化學(xué)藥品、耐水性以及防腐蝕性的特征，但是在實(shí)際運(yùn)用中制得的雷達(dá)吸波涂層柔韌性不佳，難以有效滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行需求。因此，在使用過(guò)程中，要求有效改良環(huán)氧樹(shù)脂固化體系，結(jié)合環(huán)氧樹(shù)脂物理化學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑通過(guò)一定處理之后，使兩者發(fā)生交聯(lián)聚合作用[3]。環(huán)氧樹(shù)脂配方技術(shù)中，要求充分結(jié)合固化劑自身性能與結(jié)構(gòu)。本文以此為參照設(shè)計(jì)了該試驗(yàn)，并進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)使用的儀器及設(shè)備有動(dòng)攪拌器、冷凝管、柔韌性測(cè)定器、四口瓶、超聲波發(fā)生器、恒壓滴液漏斗、鋁合金試柱、拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

岳陽(yáng)樹(shù)脂廠(chǎng)出產(chǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂E251（環(huán)氧值0141）、環(huán)氧樹(shù)脂E244（環(huán)氧值0151）;天津化學(xué)試劑有限責(zé)任公司出產(chǎn)的環(huán)己酮;天津化學(xué)試劑一廠(chǎng)出產(chǎn)的丙烯腈、己二胺;天津市天大化學(xué)試劑廠(chǎng)出產(chǎn)的正丁醇、甲苯;武漢江北化學(xué)試劑公司出產(chǎn)的丙酮。

1.3 實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理

本次研究中，物質(zhì)反應(yīng)原理為環(huán)氧基與己二胺氨基中的活潑H物質(zhì)部分產(chǎn)生羥烷基化，反應(yīng)完成之后和丙烯腈雙鍵產(chǎn)生氰乙基化反應(yīng)。此次化學(xué)反應(yīng)中，存在著交聯(lián)聚合反應(yīng)，主要為環(huán)氧樹(shù)脂與活潑H之中，在化學(xué)反應(yīng)物中能夠產(chǎn)生此種反應(yīng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度

本次研究中，丙烯腈沸點(diǎn)78℃，己二胺熔點(diǎn)41℃，在物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，若反應(yīng)溫度比反應(yīng)物熔點(diǎn)高，則研究的化學(xué)反應(yīng)物能夠保持液態(tài)均相。

若反應(yīng)溫度過(guò)高，超過(guò)一定限度，可能出現(xiàn)胺類(lèi)化合物氧化現(xiàn)象。研究中環(huán)氧樹(shù)脂與己二胺兩者反應(yīng)溫度為70～80℃。由于新加入的丙烯腈自身沸點(diǎn)較低，同時(shí)氰乙基化為劇烈放熱反應(yīng)，因此在其加入之后能夠?qū)⒀芯繉?duì)象整體溫度降低至60～70℃。

2.2 固化劑改性比的選擇

本次研究中，設(shè)置了同量的丙烯腈、固體己二胺進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，固化條件：溫度47℃，時(shí)間8 h。在對(duì)涂層力學(xué)性能影響的研究中，分析了己二胺中活潑H物質(zhì)與環(huán)氧樹(shù)脂E244的環(huán)氧基之間的量比，結(jié)果如表1所示。

從表1中可見(jiàn)，環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比為0.224時(shí)，附著力10.3 MPa，柔韌性5 mm;環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比為0.210時(shí)，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm;環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比為0.200時(shí)，附著力17.1 MPa，柔韌性大于15 mm;環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比為0.187時(shí)，附著力17.7 MPa，柔韌性大于15 mm;環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比為0.162時(shí)，附著力20.1 MPa，柔韌性大于15 mm。可見(jiàn)，在環(huán)氧樹(shù)脂E244的環(huán)氧基與己二胺中活潑H物質(zhì)比低于0.200時(shí)，雷達(dá)吸波涂料附著力較強(qiáng)，但柔韌性不足;在該數(shù)值達(dá)0.200以上時(shí)，雷達(dá)吸波涂料具有較強(qiáng)的柔韌性，但是附著力不佳。

在環(huán)氧樹(shù)脂E244的環(huán)氧基與己二胺中活潑H物質(zhì)比值0.210時(shí)，分析對(duì)涂層力學(xué)性能的影響，結(jié)果如表2所示。

從表2中可知，己二胺與丙烯腈量比為0.6時(shí)，附著力20.0 MPa，柔韌性15 mm; 己二胺與丙烯腈量比為0.8時(shí)，附著力17.8 MPa，柔韌性15 mm;己二胺與丙烯腈量比為1.0時(shí)，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm;己二胺與丙烯腈量比為1.2時(shí)，附著力11.3 MPa，柔韌性5 mm。在己二胺與丙烯腈物質(zhì)量比逐漸增加的情況下，附著力逐漸變小，同時(shí)涂層柔韌性也逐漸提升。

2.3 樹(shù)脂添加量對(duì)涂層力學(xué)性能的影響

環(huán)氧樹(shù)脂E244的環(huán)氧基與己二胺活潑H物質(zhì)的量比0.210、己二胺與丙烯腈物質(zhì)量比為1.0時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂E251與合成固化劑能夠起到良好的配合作用，雷達(dá)涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，該雷達(dá)涂層具有良好的綜合性能。為進(jìn)一步提升涂層韌性，進(jìn)行了進(jìn)一步研究，將第3組分樹(shù)脂納入固化劑、E251的固化體系中。環(huán)氧樹(shù)脂中，樹(shù)脂具有較多極性側(cè)基，為長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。第3組分樹(shù)脂對(duì)雷達(dá)涂層力學(xué)性能的影響如表3所示。

從表3中可見(jiàn)，樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%時(shí)，附著力17.0 MPa，柔韌性10 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%時(shí)，附著力15.6 MPa，柔韌性10 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%時(shí)，附著力14.4 MPa，柔韌性5 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)，附著力9.6 MPa，柔韌性5 mm。可見(jiàn)，樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時(shí)，涂層附著力較為良好，同時(shí)柔韌性較強(qiáng)。

3 討論與分析

本研究中，雷達(dá)吸波涂層柔韌性10～15 mm，附著力10～15 MPa。此次實(shí)驗(yàn)分析中可見(jiàn)存在交聯(lián)聚合反應(yīng)，主要為環(huán)氧樹(shù)脂與活潑H物質(zhì)兩者之間，丙烯腈沸點(diǎn)78℃，己二胺熔點(diǎn)41℃，環(huán)氧樹(shù)脂與己二胺兩者反應(yīng)溫度70～80℃，加入丙烯腈后能夠?qū)⒄w溫度降至60～70℃[3]。環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比0.224時(shí)，附著力10.3 MPa，柔韌性5 mm;? 環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比0.210時(shí)，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm，環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比0.200時(shí)，附著力17.1 MPa，柔韌性大于15 mm，環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比0.187時(shí)，附著力17.7 MPa，柔韌性大于15 mm，環(huán)氧基與活潑H物質(zhì)量比0.162時(shí)，附著力20.1 MPa，柔韌性大于15 mm[4]。

通過(guò)此數(shù)值分析能夠看出環(huán)氧樹(shù)脂E244環(huán)氧基與己二胺中活潑H物質(zhì)在0.200以下時(shí)，雷達(dá)吸波涂料附著力較強(qiáng)，但柔韌性不足，量值達(dá)0.200以上時(shí)，雷達(dá)吸波涂料具有較強(qiáng)的柔韌性，但附著力不佳。己二胺與丙烯腈量比0.6時(shí)，附著力20.0 MPa，柔韌性15 mm[5];己二胺與丙烯腈量比0.8時(shí)，附著力17.8 MPa，柔韌性15 mm;己二胺與丙烯腈量比1.0時(shí)，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm;己二胺與丙烯腈量比1.2時(shí)，附著力11.3 MPa，柔韌性5 mm;說(shuō)明己二胺與丙烯腈物質(zhì)的量比逐漸變大時(shí)，附著力逐漸變小，涂層柔韌性也逐漸提升[6]。

環(huán)氧基與己二胺活潑H物質(zhì)量比為0.210、己二胺與丙烯腈物質(zhì)量比為1.0時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂E251與合成固化劑兩者能夠起到互補(bǔ)作用效果，雷達(dá)涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，該雷達(dá)涂層綜合性能良好[7]。將第3組分樹(shù)脂納入固化劑、E251的固化體系中[8-9]。環(huán)氧樹(shù)脂中，樹(shù)脂具有較多極性側(cè)基，為長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%時(shí)，附著力17.0 MPa，柔韌性10 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%時(shí)，附著力15.6 MPa，柔韌性10 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%時(shí)，附著力14.4 MPa，柔韌性5 mm;樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)，附著力9.6 MPa，柔韌性5 mm。可見(jiàn)，樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時(shí)，涂層附著力較為良好，同時(shí)柔韌性較強(qiáng)[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究中，第3組分樹(shù)脂、固化劑、吸收劑、環(huán)氧樹(shù)脂E251等材料構(gòu)成的雷達(dá)吸波涂料附著力及柔韌性能良好，其中柔韌性5 mm，附著力14.4 MPa，整體力學(xué)性能良好，符合雷達(dá)涂層材料性能要求，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

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