環氧樹脂改性在雷達吸波涂料中的應用研究

黃卉芬，何紫瑩

摘 要：研究分析環氧樹脂改性在雷達吸波涂料中的應用。設計實驗中環氧基與己二胺氨基中的活潑H物質部分產生羥烷基化，并與丙烯腈雙鍵產生氰乙基化反應。結果表明，己二胺與丙烯腈量比逐漸增加時，附著力逐漸變小，柔韌性提升。雷達涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，雷達涂層綜合性能良好。樹脂添加量為15%時，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。

關鍵詞：環氧樹脂改性;雷達吸波涂料;環氧基;活潑H物質

中圖分類號：TQ323.5 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：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

雷達吸波涂料是飛行器設計因素之一，能夠實現飛行器隱身運作，屬于一種隱身材料技術，雷達吸波涂料在運行中施工較為便捷，材料制備較為簡單，施工中不會受到工件形狀的限制，其在飛行器運用中較為常見。與外蒙皮漆相比，雷達吸波涂層更厚，具有更大的顏基比，在涂刷與機械加工層面應用優勢明顯，在施工作業中，要求涂層韌性與附著力良好[1]。當前雷達吸波涂料主要運用的材料有環氧樹脂、聚氨酯、氯丁橡膠等，但是這些材料運用中，樹脂難以充分適應當前飛行器的飛行需求，應當不斷予以改進[2]。環氧樹脂涂層目前在雷達吸波涂料中具有較為廣闊的應用空間，環氧樹脂涂層具有高填充量的特征，附著力良好。運用中具有耐化學藥品、耐水性以及防腐蝕性的特征，但是在實際運用中制得的雷達吸波涂層柔韌性不佳，難以有效滿足實際運行需求。因此，在使用過程中，要求有效改良環氧樹脂固化體系，結合環氧樹脂物理化學性能進行優化設計，將環氧樹脂與固化劑通過一定處理之后，使兩者發生交聯聚合作用[3]。環氧樹脂配方技術中，要求充分結合固化劑自身性能與結構。本文以此為參照設計了該試驗，并進行了驗證分析。

1 實驗設計

1.1 實驗儀器設備

本次實驗使用的儀器及設備有動攪拌器、冷凝管、柔韌性測定器、四口瓶、超聲波發生器、恒壓滴液漏斗、鋁合金試柱、拉力實驗機。

1.2 實驗材料

岳陽樹脂廠出產的環氧樹脂E251（環氧值0141）、環氧樹脂E244（環氧值0151）;天津化學試劑有限責任公司出產的環己酮;天津化學試劑一廠出產的丙烯腈、己二胺;天津市天大化學試劑廠出產的正丁醇、甲苯;武漢江北化學試劑公司出產的丙酮。

1.3 實驗反應原理

本次研究中，物質反應原理為環氧基與己二胺氨基中的活潑H物質部分產生羥烷基化，反應完成之后和丙烯腈雙鍵產生氰乙基化反應。此次化學反應中，存在著交聯聚合反應，主要為環氧樹脂與活潑H之中，在化學反應物中能夠產生此種反應。

2 結果與討論

2.1 反應溫度

本次研究中，丙烯腈沸點78℃，己二胺熔點41℃，在物質產生化學反應的過程中，若反應溫度比反應物熔點高，則研究的化學反應物能夠保持液態均相。

若反應溫度過高，超過一定限度，可能出現胺類化合物氧化現象。研究中環氧樹脂與己二胺兩者反應溫度為70～80℃。由于新加入的丙烯腈自身沸點較低，同時氰乙基化為劇烈放熱反應，因此在其加入之后能夠將研究對象整體溫度降低至60～70℃。

2.2 固化劑改性比的選擇

本次研究中，設置了同量的丙烯腈、固體己二胺進行對比試驗，固化條件：溫度47℃，時間8 h。在對涂層力學性能影響的研究中，分析了己二胺中活潑H物質與環氧樹脂E244的環氧基之間的量比，結果如表1所示。

從表1中可見，環氧基與活潑H物質量比為0.224時，附著力10.3 MPa，柔韌性5 mm;環氧基與活潑H物質量比為0.210時，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm;環氧基與活潑H物質量比為0.200時，附著力17.1 MPa，柔韌性大于15 mm;環氧基與活潑H物質量比為0.187時，附著力17.7 MPa，柔韌性大于15 mm;環氧基與活潑H物質量比為0.162時，附著力20.1 MPa，柔韌性大于15 mm。可見，在環氧樹脂E244的環氧基與己二胺中活潑H物質比低于0.200時，雷達吸波涂料附著力較強，但柔韌性不足;在該數值達0.200以上時，雷達吸波涂料具有較強的柔韌性，但是附著力不佳。

在環氧樹脂E244的環氧基與己二胺中活潑H物質比值0.210時，分析對涂層力學性能的影響，結果如表2所示。

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

2.3 樹脂添加量對涂層力學性能的影響

環氧樹脂E244的環氧基與己二胺活潑H物質的量比0.210、己二胺與丙烯腈物質量比為1.0時，環氧樹脂E251與合成固化劑能夠起到良好的配合作用，雷達涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，該雷達涂層具有良好的綜合性能。為進一步提升涂層韌性，進行了進一步研究，將第3組分樹脂納入固化劑、E251的固化體系中。環氧樹脂中，樹脂具有較多極性側基，為長鏈結構。第3組分樹脂對雷達涂層力學性能的影響如表3所示。

從表3中可見，樹脂質量分數5%時，附著力17.0 MPa，柔韌性10 mm;樹脂質量分數10%時，附著力15.6 MPa，柔韌性10 mm;樹脂質量分數15%時，附著力14.4 MPa，柔韌性5 mm;樹脂質量分數20%時，附著力9.6 MPa，柔韌性5 mm。可見，樹脂的質量分數達到15%時，涂層附著力較為良好，同時柔韌性較強。

3 討論與分析

本研究中，雷達吸波涂層柔韌性10～15 mm，附著力10～15 MPa。此次實驗分析中可見存在交聯聚合反應，主要為環氧樹脂與活潑H物質兩者之間，丙烯腈沸點78℃，己二胺熔點41℃，環氧樹脂與己二胺兩者反應溫度70～80℃，加入丙烯腈后能夠將整體溫度降至60～70℃[3]。環氧基與活潑H物質量比0.224時，附著力10.3 MPa，柔韌性5 mm;? 環氧基與活潑H物質量比0.210時，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm，環氧基與活潑H物質量比0.200時，附著力17.1 MPa，柔韌性大于15 mm，環氧基與活潑H物質量比0.187時，附著力17.7 MPa，柔韌性大于15 mm，環氧基與活潑H物質量比0.162時，附著力20.1 MPa，柔韌性大于15 mm[4]。

通過此數值分析能夠看出環氧樹脂E244環氧基與己二胺中活潑H物質在0.200以下時，雷達吸波涂料附著力較強，但柔韌性不足，量值達0.200以上時，雷達吸波涂料具有較強的柔韌性，但附著力不佳。己二胺與丙烯腈量比0.6時，附著力20.0 MPa，柔韌性15 mm[5];己二胺與丙烯腈量比0.8時，附著力17.8 MPa，柔韌性15 mm;己二胺與丙烯腈量比1.0時，附著力16.8 MPa，柔韌性10 mm;己二胺與丙烯腈量比1.2時，附著力11.3 MPa，柔韌性5 mm;說明己二胺與丙烯腈物質的量比逐漸變大時，附著力逐漸變小，涂層柔韌性也逐漸提升[6]。

環氧基與己二胺活潑H物質量比為0.210、己二胺與丙烯腈物質量比為1.0時，環氧樹脂E251與合成固化劑兩者能夠起到互補作用效果，雷達涂層柔韌性為10 mm，涂層附著力16.8 MPa，該雷達涂層綜合性能良好[7]。將第3組分樹脂納入固化劑、E251的固化體系中[8-9]。環氧樹脂中，樹脂具有較多極性側基，為長鏈結構。樹脂質量分數5%時，附著力17.0 MPa，柔韌性10 mm;樹脂質量分數10%時，附著力15.6 MPa，柔韌性10 mm;樹脂質量分數15%時，附著力14.4 MPa，柔韌性5 mm;樹脂質量分數20%時，附著力9.6 MPa，柔韌性5 mm。可見，樹脂的質量分數達到15%時，涂層附著力較為良好，同時柔韌性較強[10]。

4 結語

本研究中，第3組分樹脂、固化劑、吸收劑、環氧樹脂E251等材料構成的雷達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，整體力學性能良好，符合雷達涂層材料性能要求，具有較為廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]葉彩林，張林博，范 靖，等. 快速固化雷達吸波涂料的制備及其性能研究[J]. 中國涂料，2019，34（02）：46-51.

[2]郝留成，袁端鵬，陳 蕊，等. 復配固化劑對環氧樹脂體系特性影響的分子動力學模擬[J]. 絕緣材料，2021，54（01）：73-77.

[3]宋 濤，余許多，江晟達，等.變剛度碳纖維/環氧樹脂復合材料薄壁圓管軸向壓潰響應與破壞機制[J/OL]. 復合材料學報：2021，38（11）：1-14

[4]劉 毅，鄭 軍，楊鵬沖，等. 一種水基高性能封口膠的研制[J]. 粘接，2017，38（08）：22-25.

[5]安 靜，張敬軒，趙景鐸，等. 脫醇型低模量有機硅密封膠的研制[J]. 粘接，2018，39（04）：29-31.

[6]熊 欣，李亞東.納 米碳酸鈣填充改性環氧樹脂植筋膠力學性能研究[J]. 科學技術創新，2021（03）：171-173.

[7]王成江，周文戟，范正陽，等. 六方氮化硼納米摻雜增強環氧樹脂熱學和力學性能的分子動力學模擬[J]. 絕緣材料，2021，54（01）：78-83.

[8]BASKOV K M ，DANILOV D E，POLITIKO A A，et al. Portable microwave reflection coefficient meter of coatings[J]. Journal of Communications Technology and Electronics，2020，65（10）：1 105-1 114.

[9]徐俊榮. 大型金槍魚船回轉運動粘性流場及水動力數值研究[D]. 舟山：浙江海洋大學，2019.

[10]伍海華. 淺水域大漂角斜航運動船舶水動力數值預報[D]. 上海：上海交通大學，2019.