固化劑對環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物的最終性能具有重要的作用，本研究以市場上常見的不同結(jié)構(gòu)固化劑為對象，包括593、IPDA、D400和651，通過考察固化劑種類和用量對涂層干燥時間、硬度、附著力和抗沖擊性能的影響，得到固化劑結(jié)構(gòu)與固化樹脂的性能關(guān)系，為高性能固化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

    王志鵬1 謝眾2 李龍2 李瑞2 魏浩2 劉連河2,3

    (1.海軍裝備部，北京100161；2.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001；3.青島海洋新材料科技有限公司，山東青島226101)

    關(guān)鍵詞：固化劑環(huán)氧樹脂硬度附著力抗沖擊性能

    中圖分類號：TQ630.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-7818(2013)12-0060-03

    0·引言

    環(huán)氧樹脂本身為熱塑性的線型結(jié)構(gòu)，受熱后固態(tài)樹脂可以軟化、熔融，變成粘稠態(tài)或液態(tài)；液態(tài)樹脂受熱粘度降低。只有加入固化劑后，環(huán)氧樹脂才能得到實用。當(dāng)環(huán)氧樹脂確定之后，固化劑對環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物的最終性能具有重要的作用[1]。

    本研究以國內(nèi)市場上常用的固化劑為考察對象，通過對其與雙酚A環(huán)氧樹脂E51反應(yīng)得到的固化樹脂進(jìn)行研究，摸索出固化劑結(jié)構(gòu)對固化樹脂性能之間的相互影響規(guī)律，為高性能固化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供基礎(chǔ)理論依據(jù)[2]。

    1·實驗

    1.1原料

    雙酚A環(huán)氧樹脂E51：南通星辰合成材料有限公司；593：藍(lán)星化工新材料股份有限公司；D400：亨斯邁聚氨酯(中國)有限公司；IPDA：巴斯夫股份公司；651：堯山實業(yè)(上海)有限公司。固化劑593、D400、IPDA和651的具體結(jié)構(gòu)見圖1。丙酮：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

    1.2實驗方法

    1.2.1涂層制備

    按照配方表1稱取一定量的樹脂和固化劑，室溫下機械攪拌至體系均勻后，真空脫泡，然后用100μm的漆膜涂敷器在鋼板(拋光并用丙酮清洗)上涂敷一層漆膜，用于附著力測試；剩下涂料澆注在底部為鋼板(拋光并用丙酮清洗)的模具(～8mm)中，用于硬度和抗沖擊性能測試。室溫固化7d后測試各性能。

    1.2.2性能測試

    本文中用于涂層性能測試的儀器設(shè)備及方法見表2。

    2·結(jié)果與討論

    2.1固化時間

    以活潑H:環(huán)氧基比值為1.2:1的這組固化劑為例，進(jìn)行固化時間研究。從表3可明顯看出，593和IPDA的固化速度很快，3h內(nèi)即可實干；D400固化卻非常慢，48h后才能表干。

    2.2硬度

    不同固化劑對固化樹脂硬度的影響如表4所示。

    對于不同種類的固化劑來說，固化劑結(jié)構(gòu)對固化樹脂的硬度影響不大，硬度在80邵D左右。這是因為本研究采用的高環(huán)氧值的雙酚A環(huán)氧樹脂E51，其分子鏈短，剛性基團(tuán)數(shù)量多，固化樹脂的硬度由環(huán)氧樹脂決定，與固化劑的種類無關(guān)。

考察固化劑用量對固化樹脂的硬度的影響，可以發(fā)現(xiàn)兩種不同的結(jié)果：

    對于593、IPDA和651這三種固化劑來說，固化劑用量(活潑H:環(huán)氧基比值為0.8:1～1.6:1)對固化樹脂的硬度影響不大。這是因為，這三種固化劑的分子鏈較短，用量的變化不足以影響固化樹脂的交聯(lián)密度和剛性基團(tuán)含量，因此，硬度基本不變。對于D400來說，由于其是長鏈的柔性固化劑，當(dāng)活潑H:環(huán)氧基比值高于1:1時，交聯(lián)密度減小，同時固化樹脂中的剛性基團(tuán)含量顯著降低，因此，固化樹脂硬度隨著用量的提高而變小。

    2.3附著力

    不同固化劑對固化樹脂硬度的影響如表5所示。對于不同的固化劑，其附著力差異也較大。

    對于D400來說，分子鏈?zhǔn)情L鏈的柔性聚醚胺結(jié)構(gòu)，并且其固化時間較長，有利于樹脂對鋼板底材的充分浸潤，樹脂與鋼板之間的作用面積較大，因此，附著力較大。當(dāng)固化劑用量較低時，涂層不能完全固化，附著力較低；提高固化劑用量至一定比例(活潑H:環(huán)氧基比值為1.2:1)，涂層完全固化，附著力達(dá)到最大(6.9MPa)；進(jìn)一步增大固化劑用量，過量的固化劑無法參與交聯(lián)反應(yīng)，降低涂層強度，附著力下降[3,4]。

    當(dāng)固化劑選用593或651時，由于其分子鏈上帶有很多極性基團(tuán)，如羥基、羧基等，提高其用量，相當(dāng)于增加了樹脂與鋼板底材的作用基團(tuán)數(shù)量，因此，附著力增大。但是這兩種固化劑的分子鏈都較短，當(dāng)用量過高，固化樹脂的內(nèi)聚能因極性基團(tuán)含量的提高變大，樹脂表現(xiàn)出很高的脆性，附著力反而下降[5]。

    IPDA固化劑是小分子的脂環(huán)二胺，固化樹脂的交聯(lián)密度極大，脆性很大，因此，附著力較低，僅為1.0MPa左右。

    2.4抗沖擊性能

    采用2kg的重錘從1.1m高處對涂層進(jìn)行沖擊，觀察不同固化劑(活潑H:環(huán)氧基比值為1.2:1)沖擊后的形貌變化，結(jié)果如圖2所示。與附著力結(jié)果類似，D400的沖擊性能最優(yōu)，IPDA最差。

    與附著力的測試結(jié)果類似，在環(huán)氧樹脂的剛性結(jié)構(gòu)中引入玻璃化溫度更低的長鏈的柔性聚醚胺D400，使其和環(huán)氧樹脂形成緊密、疏松相間的兩相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了交聯(lián)網(wǎng)鏈的活動能力，有利于應(yīng)力的分散，使得抗沖擊性能提高[6～8]。

    對于593和651來說，分子鏈上的極性基團(tuán)導(dǎo)致固化樹脂內(nèi)聚能較大，并且分子鏈段短，交聯(lián)密度大，涂層表現(xiàn)為脆性，沖擊性能差。

    小分子的IPDA則使得固化樹脂交聯(lián)密度極大，固化過程中涂層因內(nèi)聚能過大而出現(xiàn)自開裂的現(xiàn)象。

    3·結(jié)論

    (1)593和IPDA固化速度極快，3h內(nèi)即可實干；D400固化非常慢，48h才能表干。

    (2)選用環(huán)氧樹脂E51，固化劑結(jié)構(gòu)對固化樹脂的硬度影響不大，并且593、IPDA和651固化劑用量與固化樹脂的硬度影響不大，而D400的固化樹脂硬度隨著用量的提高而變小。

    (3)對于本文所研究的四種不同固化劑，D400附著力最大，可達(dá)到6.9MPa；IPDA最小，僅為1MPa左右；D400抗沖擊性能最優(yōu)，IPDA最差。

    參考文獻(xiàn)

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    [2]譚家頂,程玨,郭晶,張軍營.幾種胺類固化劑對環(huán)氧樹脂固化行為及固化物性能的影響[J].化工學(xué)報,2011,62(6):1723-1729.

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