一种耐高温环氧模具胶衣的配制及其性能研究

何明

摘要：通过气态SiO2对环氧树脂的改性研究，制备了符合辊涂工艺要求的高Tg玻璃钢模具胶衣树脂，研究了气态SiO2对环氧树脂粘度、触变性的影响，测试了剪切拉伸强度及模量、弯曲强度，并进行了样品模具的制作，对胶衣实际使用性能进行了评估。

关键词：环氧树脂；玻璃钢；模具胶衣；粘度；触变性

中图分类号：TM911.47文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中国玻璃钢工业得到了迅猛发展，玻璃钢制品的种类越来越多，尺寸越来越大，对模具的要求也越来越高。因此，要进一步提高玻璃钢产品的质量，首先要做的就是提高模具的质量。好的模具既要能满足产品尺寸的精度，还要能根据产品性能，满足它们的结构力学性能和机械性能等[1]。

胶衣是用于玻璃钢复合材料模具制品表面的一个保护涂层，为复合材料模具提供一个保护层，同时又具有硬度高、耐热、耐磨、可抛光性好、亮度高、使用寿命长等特点。对复合材料模具增强性能和改善外观起到双重作用。因此，配置高质量的胶衣对玻璃钢复合材料模具来说是至关重要的。胶衣是一种混合物，在胶衣中基体树脂的比例最大，占70%～80%，基体树脂的结构赋予最终制品表面机械强度、光亮度、耐候、耐化学性，所以胶衣质量的好坏最关键的因素是基体树脂质量的好坏。因此要配置好的胶衣一定要选用好的胶衣专用基体树脂，特别关键的是要看几个指标：断裂延伸率、热变形温度和吸水率。本文以自制高Tg环氧树脂为基础，配置高Tg环氧模具胶衣树脂并应用于风机叶片玻璃钢模具的制造[2]。

2材料与方法

2.1原材料及配比

环氧树脂及固化剂为自配高Tg体系，气态SiO2为德国N20，偶联剂KH-550；ZnO，50nm；原材料配比见表1。

2.2性能检测

粘度用德国HAAKE旋转粘度计测量，拉伸试验和弯曲试验：深圳新三思电子万能试验机，按GB/T 2567-2008进行测试。耐温使用差示扫描量热仪DSC测试Tg值；硬度使用巴氏硬度计测量，胶衣表面可抛光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂纸打磨评估。

2.3环氧树脂胶衣的配置

按表1中比例混合除固化剂外的其他成分，首先进行人工机械搅拌，再使用电动机械搅拌机进行搅拌30min，倒桶后再用电动机械搅拌机搅拌30min。接着使用三辊研磨机研磨2次，以此来确保填料，特别是气态SiO2分散良好。最后，将研磨好的胶衣放进抽真空装置进行真空脱泡1.5h，真空压力≥900mbar，脱泡结束后制得环氧树脂胶衣A组分；在进行胶衣操作性能及机械性能测试时，按比例混合胶衣A组分与固化剂即得到模具胶衣进行试验测试。

3结果及分析

3.1气态SiO2添加量对胶衣粘度的影响

测定了不同SiO2添加量对胶衣的粘度的影响，由图1可以看出，胶衣的粘度随SiO2添加量的增加而增加；在实际的胶衣辊涂操作中，当SiO2的添加量过少时，胶衣的粘度偏低，胶衣在辊涂操作过程中无气泡或产生很少气泡但在很短时间内会自动消除，不足的地方时辊涂过后的流挂现象比较严重。而当SiO2的添加量过多时，胶衣的粘度偏大，胶衣的流挂现象基本消除了，但是在胶衣配置过程中的搅拌、研磨过程和胶衣辊涂施工过程中比较容易产生气泡且很难自行消除；通过实际辊涂操作对胶衣辊涂施工性能进行评估，确定了合适的SiO2的添加量，当SiO2的添加量2%左右时，胶衣辊涂施工效果良好，并且胶衣无流挂、无气泡等现象[4]。

3.2胶衣粘度随转速的变化

从图2中可以看出，胶衣具有明显的粘度随剪切速率增加而减小的流动特性，属于典型的假塑性流体，假塑性流体可以采用触变指数来表征其触变性，定义触变指数=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根据3.1节中的试验结果，当本胶衣的触变指数在1.54左右时，有较好的辊涂操作性和自流平性。

3.3气态SiO2添加量对胶衣机械性能的影响

测试添加气态SiO2后对胶衣机械性能的影响，胶衣配置时，仅的气态SiO2用量发生变化，其他材料的用量按表1进行配比。由表2可以看出，添加气态SiO2对胶衣机械性能没有影响，反而有一定的提高，产生这种变化的原因是气态SiO2表面会与偶联剂接枝，因为偶联剂有一端是氨基，氨基可以与环氧树脂中的环氧键发生反应，从而对气态SiO2有一定的固定作用，同时也能够防止气态SiO2粒子发生团聚现象[7]；但是，当气态SiO2添加量进一步增加时，配置出的胶衣的机械性能会有所下降，这种变化是气态SiO2粒子过多，偶联剂得量不足，气态SiO2粒子分散不均发生团聚所致[5]。

3.4胶衣硬度及表面性能的评估

使用配置的胶衣制作样品模具，测试胶衣Tg值为193℃，巴氏硬度为40HBa；表面性能使用1200P水磨砂纸进行水磨处理，再对模具进行抛光、涂脱模剂；并进行玻璃钢产品的制作，经实际生产检验，配置的模具胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。

4结语

通过添加2%的气态SiO2，制备出符合辊涂工艺要求的玻璃钢模具胶衣树脂，同时测试发现添加2%的气态SiO2时，胶衣的拉伸强度及模量、极限拉应变、弯曲强度都有一定增强，符合模具制作的需要。最后进行了样品模具的制作并用于实际玻璃钢产品制作，经实际产品生产检验，配置的胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。对复合材料行业生产和配置更高使用要求的模具胶衣有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 孙曼灵.环氧树脂的应用原理与技术[M].北京：机械工业出版社.

[2] 伊启中，顾永华.环氧树脂模具材料配制与固化工艺的实验[J].上海工程技术大学学报，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃胶衣树脂的研究[J].纤维复合材料，2005（1）.

[4] 李凤.我国特种环氧树脂生产和研究进展[J].化工生产与技术，2006（5）.

[5] 张玉龙，王化银.热固性塑料改性技术[M].北京：机械工业出版社，2006.endprint

摘要：通过气态SiO2对环氧树脂的改性研究，制备了符合辊涂工艺要求的高Tg玻璃钢模具胶衣树脂，研究了气态SiO2对环氧树脂粘度、触变性的影响，测试了剪切拉伸强度及模量、弯曲强度，并进行了样品模具的制作，对胶衣实际使用性能进行了评估。

关键词：环氧树脂；玻璃钢；模具胶衣；粘度；触变性

中图分类号：TM911.47文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中国玻璃钢工业得到了迅猛发展，玻璃钢制品的种类越来越多，尺寸越来越大，对模具的要求也越来越高。因此，要进一步提高玻璃钢产品的质量，首先要做的就是提高模具的质量。好的模具既要能满足产品尺寸的精度，还要能根据产品性能，满足它们的结构力学性能和机械性能等[1]。

胶衣是用于玻璃钢复合材料模具制品表面的一个保护涂层，为复合材料模具提供一个保护层，同时又具有硬度高、耐热、耐磨、可抛光性好、亮度高、使用寿命长等特点。对复合材料模具增强性能和改善外观起到双重作用。因此，配置高质量的胶衣对玻璃钢复合材料模具来说是至关重要的。胶衣是一种混合物，在胶衣中基体树脂的比例最大，占70%～80%，基体树脂的结构赋予最终制品表面机械强度、光亮度、耐候、耐化学性，所以胶衣质量的好坏最关键的因素是基体树脂质量的好坏。因此要配置好的胶衣一定要选用好的胶衣专用基体树脂，特别关键的是要看几个指标：断裂延伸率、热变形温度和吸水率。本文以自制高Tg环氧树脂为基础，配置高Tg环氧模具胶衣树脂并应用于风机叶片玻璃钢模具的制造[2]。

2材料与方法

2.1原材料及配比

环氧树脂及固化剂为自配高Tg体系，气态SiO2为德国N20，偶联剂KH-550；ZnO，50nm；原材料配比见表1。

2.2性能检测

粘度用德国HAAKE旋转粘度计测量，拉伸试验和弯曲试验：深圳新三思电子万能试验机，按GB/T 2567-2008进行测试。耐温使用差示扫描量热仪DSC测试Tg值；硬度使用巴氏硬度计测量，胶衣表面可抛光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂纸打磨评估。

2.3环氧树脂胶衣的配置

按表1中比例混合除固化剂外的其他成分，首先进行人工机械搅拌，再使用电动机械搅拌机进行搅拌30min，倒桶后再用电动机械搅拌机搅拌30min。接着使用三辊研磨机研磨2次，以此来确保填料，特别是气态SiO2分散良好。最后，将研磨好的胶衣放进抽真空装置进行真空脱泡1.5h，真空压力≥900mbar，脱泡结束后制得环氧树脂胶衣A组分；在进行胶衣操作性能及机械性能测试时，按比例混合胶衣A组分与固化剂即得到模具胶衣进行试验测试。

3结果及分析

3.1气态SiO2添加量对胶衣粘度的影响

测定了不同SiO2添加量对胶衣的粘度的影响，由图1可以看出，胶衣的粘度随SiO2添加量的增加而增加；在实际的胶衣辊涂操作中，当SiO2的添加量过少时，胶衣的粘度偏低，胶衣在辊涂操作过程中无气泡或产生很少气泡但在很短时间内会自动消除，不足的地方时辊涂过后的流挂现象比较严重。而当SiO2的添加量过多时，胶衣的粘度偏大，胶衣的流挂现象基本消除了，但是在胶衣配置过程中的搅拌、研磨过程和胶衣辊涂施工过程中比较容易产生气泡且很难自行消除；通过实际辊涂操作对胶衣辊涂施工性能进行评估，确定了合适的SiO2的添加量，当SiO2的添加量2%左右时，胶衣辊涂施工效果良好，并且胶衣无流挂、无气泡等现象[4]。

3.2胶衣粘度随转速的变化

从图2中可以看出，胶衣具有明显的粘度随剪切速率增加而减小的流动特性，属于典型的假塑性流体，假塑性流体可以采用触变指数来表征其触变性，定义触变指数=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根据3.1节中的试验结果，当本胶衣的触变指数在1.54左右时，有较好的辊涂操作性和自流平性。

3.3气态SiO2添加量对胶衣机械性能的影响

测试添加气态SiO2后对胶衣机械性能的影响，胶衣配置时，仅的气态SiO2用量发生变化，其他材料的用量按表1进行配比。由表2可以看出，添加气态SiO2对胶衣机械性能没有影响，反而有一定的提高，产生这种变化的原因是气态SiO2表面会与偶联剂接枝，因为偶联剂有一端是氨基，氨基可以与环氧树脂中的环氧键发生反应，从而对气态SiO2有一定的固定作用，同时也能够防止气态SiO2粒子发生团聚现象[7]；但是，当气态SiO2添加量进一步增加时，配置出的胶衣的机械性能会有所下降，这种变化是气态SiO2粒子过多，偶联剂得量不足，气态SiO2粒子分散不均发生团聚所致[5]。

3.4胶衣硬度及表面性能的评估

使用配置的胶衣制作样品模具，测试胶衣Tg值为193℃，巴氏硬度为40HBa；表面性能使用1200P水磨砂纸进行水磨处理，再对模具进行抛光、涂脱模剂；并进行玻璃钢产品的制作，经实际生产检验，配置的模具胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。

4结语

通过添加2%的气态SiO2，制备出符合辊涂工艺要求的玻璃钢模具胶衣树脂，同时测试发现添加2%的气态SiO2时，胶衣的拉伸强度及模量、极限拉应变、弯曲强度都有一定增强，符合模具制作的需要。最后进行了样品模具的制作并用于实际玻璃钢产品制作，经实际产品生产检验，配置的胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。对复合材料行业生产和配置更高使用要求的模具胶衣有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 孙曼灵.环氧树脂的应用原理与技术[M].北京：机械工业出版社.

[2] 伊启中，顾永华.环氧树脂模具材料配制与固化工艺的实验[J].上海工程技术大学学报，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃胶衣树脂的研究[J].纤维复合材料，2005（1）.

[4] 李凤.我国特种环氧树脂生产和研究进展[J].化工生产与技术，2006（5）.

[5] 张玉龙，王化银.热固性塑料改性技术[M].北京：机械工业出版社，2006.endprint

摘要：通过气态SiO2对环氧树脂的改性研究，制备了符合辊涂工艺要求的高Tg玻璃钢模具胶衣树脂，研究了气态SiO2对环氧树脂粘度、触变性的影响，测试了剪切拉伸强度及模量、弯曲强度，并进行了样品模具的制作，对胶衣实际使用性能进行了评估。

关键词：环氧树脂；玻璃钢；模具胶衣；粘度；触变性

中图分类号：TM911.47文献标识码：A文章编号：1674—9944（2014）09—0255—03

1引言

中国玻璃钢工业得到了迅猛发展，玻璃钢制品的种类越来越多，尺寸越来越大，对模具的要求也越来越高。因此，要进一步提高玻璃钢产品的质量，首先要做的就是提高模具的质量。好的模具既要能满足产品尺寸的精度，还要能根据产品性能，满足它们的结构力学性能和机械性能等[1]。

胶衣是用于玻璃钢复合材料模具制品表面的一个保护涂层，为复合材料模具提供一个保护层，同时又具有硬度高、耐热、耐磨、可抛光性好、亮度高、使用寿命长等特点。对复合材料模具增强性能和改善外观起到双重作用。因此，配置高质量的胶衣对玻璃钢复合材料模具来说是至关重要的。胶衣是一种混合物，在胶衣中基体树脂的比例最大，占70%～80%，基体树脂的结构赋予最终制品表面机械强度、光亮度、耐候、耐化学性，所以胶衣质量的好坏最关键的因素是基体树脂质量的好坏。因此要配置好的胶衣一定要选用好的胶衣专用基体树脂，特别关键的是要看几个指标：断裂延伸率、热变形温度和吸水率。本文以自制高Tg环氧树脂为基础，配置高Tg环氧模具胶衣树脂并应用于风机叶片玻璃钢模具的制造[2]。

2材料与方法

2.1原材料及配比

环氧树脂及固化剂为自配高Tg体系，气态SiO2为德国N20，偶联剂KH-550；ZnO，50nm；原材料配比见表1。

2.2性能检测

粘度用德国HAAKE旋转粘度计测量，拉伸试验和弯曲试验：深圳新三思电子万能试验机，按GB/T 2567-2008进行测试。耐温使用差示扫描量热仪DSC测试Tg值；硬度使用巴氏硬度计测量，胶衣表面可抛光性、耐磨采用1200P氧化硅水磨砂纸打磨评估。

2.3环氧树脂胶衣的配置

按表1中比例混合除固化剂外的其他成分，首先进行人工机械搅拌，再使用电动机械搅拌机进行搅拌30min，倒桶后再用电动机械搅拌机搅拌30min。接着使用三辊研磨机研磨2次，以此来确保填料，特别是气态SiO2分散良好。最后，将研磨好的胶衣放进抽真空装置进行真空脱泡1.5h，真空压力≥900mbar，脱泡结束后制得环氧树脂胶衣A组分；在进行胶衣操作性能及机械性能测试时，按比例混合胶衣A组分与固化剂即得到模具胶衣进行试验测试。

3结果及分析

3.1气态SiO2添加量对胶衣粘度的影响

测定了不同SiO2添加量对胶衣的粘度的影响，由图1可以看出，胶衣的粘度随SiO2添加量的增加而增加；在实际的胶衣辊涂操作中，当SiO2的添加量过少时，胶衣的粘度偏低，胶衣在辊涂操作过程中无气泡或产生很少气泡但在很短时间内会自动消除，不足的地方时辊涂过后的流挂现象比较严重。而当SiO2的添加量过多时，胶衣的粘度偏大，胶衣的流挂现象基本消除了，但是在胶衣配置过程中的搅拌、研磨过程和胶衣辊涂施工过程中比较容易产生气泡且很难自行消除；通过实际辊涂操作对胶衣辊涂施工性能进行评估，确定了合适的SiO2的添加量，当SiO2的添加量2%左右时，胶衣辊涂施工效果良好，并且胶衣无流挂、无气泡等现象[4]。

3.2胶衣粘度随转速的变化

从图2中可以看出，胶衣具有明显的粘度随剪切速率增加而减小的流动特性，属于典型的假塑性流体，假塑性流体可以采用触变指数来表征其触变性，定义触变指数=η6r/min/η60r/min=18423mPa.s/11960mPa.s=1.54；根据3.1节中的试验结果，当本胶衣的触变指数在1.54左右时，有较好的辊涂操作性和自流平性。

3.3气态SiO2添加量对胶衣机械性能的影响

测试添加气态SiO2后对胶衣机械性能的影响，胶衣配置时，仅的气态SiO2用量发生变化，其他材料的用量按表1进行配比。由表2可以看出，添加气态SiO2对胶衣机械性能没有影响，反而有一定的提高，产生这种变化的原因是气态SiO2表面会与偶联剂接枝，因为偶联剂有一端是氨基，氨基可以与环氧树脂中的环氧键发生反应，从而对气态SiO2有一定的固定作用，同时也能够防止气态SiO2粒子发生团聚现象[7]；但是，当气态SiO2添加量进一步增加时，配置出的胶衣的机械性能会有所下降，这种变化是气态SiO2粒子过多，偶联剂得量不足，气态SiO2粒子分散不均发生团聚所致[5]。

3.4胶衣硬度及表面性能的评估

使用配置的胶衣制作样品模具，测试胶衣Tg值为193℃，巴氏硬度为40HBa；表面性能使用1200P水磨砂纸进行水磨处理，再对模具进行抛光、涂脱模剂；并进行玻璃钢产品的制作，经实际生产检验，配置的模具胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。

4结语

通过添加2%的气态SiO2，制备出符合辊涂工艺要求的玻璃钢模具胶衣树脂，同时测试发现添加2%的气态SiO2时，胶衣的拉伸强度及模量、极限拉应变、弯曲强度都有一定增强，符合模具制作的需要。最后进行了样品模具的制作并用于实际玻璃钢产品制作，经实际产品生产检验，配置的胶衣硬度高、耐热温度高、可抛光性好，满足实际生产需要。对复合材料行业生产和配置更高使用要求的模具胶衣有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 孙曼灵.环氧树脂的应用原理与技术[M].北京：机械工业出版社.

[2] 伊启中，顾永华.环氧树脂模具材料配制与固化工艺的实验[J].上海工程技术大学学报，2007（21）2：121～125.

[3] 曹鑫.耐候性阻燃胶衣树脂的研究[J].纤维复合材料，2005（1）.

[4] 李凤.我国特种环氧树脂生产和研究进展[J].化工生产与技术，2006（5）.

[5] 张玉龙，王化银.热固性塑料改性技术[M].北京：机械工业出版社，2006.endprint