环氧树脂E51改性增韧研究

袁涛

摘 要：以雙酚改性环氧树脂E51（EP），达到改性增韧的目的。进行了一系列实验，对比了用单一环氧树脂、混合树脂与自制混合胺，在相同和不同环氧当量下所得固化物的粘结强度、韧性和硬度。实验表明，混合树脂固化产物硬度96.6HSD，拉伸强度16.053MP，断裂拉力5114.97N，变形量5.63mm，韧性增加16%。

关键词：环氧树脂；增韧；韧性；硬度；粘结强度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.160

0 引言

E51型环氧树脂粘度低，环氧值高，固化效果，不足之处在于脆性大，韧性低；E20和E12型环氧树脂粘结度高，韧性好的优点，不足之处在于硬度低。把三种环氧树脂按比例混合，新得到的混合树脂既有E51树脂活性高，固化效果好及高硬度的特点，又有E20和E12中长分子链韧性好的优点，与自制混胺固化后，提高固化物性能，克服了使用单一环氧树脂固化后综合性能差的弊端。

1 实验部分

（1）主要试剂。环氧树脂E12、E20、E51，聚醚胺、聚醚二胺、固化剂促进剂，江苏三木化工；二甲苯，上海泰正化工有限公司；正丁醇，扬州市华香化工有限公司。

（2）主要仪器。环氧树脂高速分散机，上海机电设备有限公司；电子秤，上海信衡电子有限公司，深圳盛美仪器有限公司； UTM4000系列微机控制电子万能试验机；热重差热分析仪EXSTAR6300，精工盈司电子科技（上海）有限公司。

（3）实验测试。1）配制溶剂：在二甲苯中加入正丁醇，搅拌均匀。2）配制树脂：按比例在溶剂中加入环氧树脂E12、E20，高速搅拌二十分钟，待树脂溶解后加入环氧树脂E51，高速搅拌混合均匀，按三种环氧树脂的不同比例制作4种混合液，编号为树脂A、B、C、D。配制三种单一环氧树脂的溶液。3）样品测试：以环氧当量：胺当量=1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9分别将树脂与固化剂混合，在室温下实干后，涂抹于马口铁片上进行弯折观察，粘结20mm圆柱用拉力试验机进行测试，用邵氏硬度计进行硬度测量，用差热分析仪进行差热分析。

2 结果与讨论

（1）弯折观察 。弯折角度小于等于90°的有E51、E12和树脂中的B、D。断裂时角度最小的是E12，为60°；D涂片断裂角度最小，为70°；E51断裂角度为85°。混合树脂拥有良好的抗断裂性能，一方面，三种树脂长中短链都有，比例恰当时，搅拌混合过程中保证了长链的完整性，长中短的交互掺杂，使应力分散更为均匀；另一方面，混胺中的柔性链段链接到环氧树脂的网络中，在固化过程中产生微相分离，从而形成紧密、疏松的两种相网络结构，打破了原交联网络的均匀性，此种网络有利于应力分散，使得固化产物内部产生塑性变形，从而增加韧性[1]。

（2） 拉力测试 。对20mm圆柱样品进行拉力试验，环氧树脂E51的拉伸强度为16.176MP，断裂拉力为5196.13N，变形量为5.24mm；改性树脂D的拉伸强度为16.053MP，断裂拉力为5114.97N，变形量为5.63mm。试验结果表明，最佳当量比值为1：0.8。由此可以看出，环氧树脂的分子量、反应活性、交联密度和体系各组分间的相容性，固化剂的添加量是影响力学性能的主要因素[2]。

（3）硬度测量 。对固化的各环氧树脂进行硬度测试，通过实验可知，当量比值为1：0.8时，树脂D和E51的邵氏硬度值为96.2和95。随着固化剂用量增加，硬度下降，但总体上对比，固化剂用量对固化产物影响很小，环氧树脂的配比影响较大。

（4）差热分析 。对固化树脂进行差热分析，升温速率20℃/min，有所得结果如下：

温度的上升，曲线出现两峰，室温固化反应不完全，固化过程分为两个阶段，固化温度为85℃和132℃，固化剂用量对固化温度影响较小。

温度的上升，树脂E12和E20的第一峰不明显，室温两者固化反应较为完全，第二峰出现在139℃、141℃处。E51的双峰明显，出现在93℃和138℃处，室温固化反应不完全。环氧当量决定第一阶段的固化温度，当量值越小，固化温度越低，固化程度越大；否者相反；而对于第二阶段的固化温度影响较小。

出现双峰，是因固化剂中伯胺基与环氧基的加成反应速度大于仲胺与环氧基的加成反应速度[2]，使得93℃左右出现第一个放热峰，随着反应的进行，体系的黏度增加，导致分子链段运动困难，只有再升高温度，环氧基方可与反应活性相对较低的仲胺基和脲基上的活泼氢继续发生反应，在138℃附近出现第二个放热峰，这可归结为仲胺基、脲基与环氧基的次级加成反应[3-4]。

3 结论

（1）确定了改性树脂比例，确定了固化剂添加量。树脂D综合了三种环氧树脂的优良性能，拥有良好的韧性、硬度和粘结强度。（2）改性环氧树脂体系弯折断裂角度增加（15%～17%），拉伸变形量增加（0.3～0.5mm），拉伸强度有所下降（0.05～0.16MP），拉伸强度保持在16MP以上。（3）改性后的E51硬度更高。（4）树脂D固化物在室温下固化不完全，反应分两个阶段，固化温度为87℃和136℃，该体系的固化反应在温度85～140℃进行较为合适。

参考文献：

[1]常鹏善，左瑞霖，王汝敏等.环氧树脂增韧改性新技术[J].中国胶粘剂，2002，ll（02）：37-40.

[2]官建国，王维，龚荣洲.环氧树脂用柔性固化剂I的研究[J].中国胶粘剂，2000，9（05）：10-12.

[3]李桂林.环氧树脂与环氧涂料[M].北京：化学工业出版社，2003：125-126.

[4]林薇薇，沈烈.端氨基聚脲聚氨酯环氧树脂体系的固化反应及粘接性能[J].中国胶粘剂，1992，15（01）：30-32.