水性环氧树脂研究固化温度对其拉伸强度的影响

陶子程

（宁夏大学新华学院，宁夏银川 750001）

1 双酚A 型环氧树脂

双酚A 型环氧树脂在环氧树脂中被广泛使用。其所生产的工艺一般为环氧氯丙烷（ECH）和双酚A 在催化剂氢氧化钠的作用下发生缩聚反应。目前我国对双酚A 型环氧树脂产量比重很大，其占环氧树脂总产量的80%以上[1]，在国民经济发展飞速的时代，已经普遍应用在我国各个领域，也因此被称为通用型环氧树脂。

该树脂的典型性能[2]如下：①附着力很强；②力学性能高，材料结构致密，同时具有较高的粘结强度以及物理强度；③该树脂不仅具有良好的稳定性，对化学药品具有很强的抵抗性；④具有绝佳的绝缘性能，普遍性能与聚酯树脂相比，具有明显的优势。

2 水环氧树脂固化剂及固化机理

2.1 固化剂

环氧树脂具有线型结构，本身不会硬化，只有当加入固化剂后，反应生成不溶不熔的具有三维网状交联结构的聚合物，这时会才表现出许多社会应用价值以及良好的性能，因此我们把环氧树脂可以归属于热固性树脂[3]。

环氧树脂组成物主要由树脂成分、改性成分、调节流动性成分和其他成分这四个方面组成。而环氧树脂的这四个方面的各个组分是可以改变的，所以可研发出多种用途的环氧树脂，得以满足不同工程领域的需求，继而得到广泛的应用。在实际应用中，开发一种新的固化剂也就是意味着开发一种环氧树脂的新的应用指标。溶于水并且能被水乳化的环氧树脂固化剂，称为水性环氧固化剂[2]。多元胺类固化剂的通常都具有溶于水的性质。但它也有一定的缺陷，比如在室温下，具有较大的挥发性，并且带有一定的毒性，其固化时间较短，因此对实验条件比较苛刻。环氧树脂固化反应程度的两个重要决定因素：固化所具备的条件以及固化剂的掺量。其式（1）如下：

式中：G-每100g 环氧树脂中胺的使用质量，g；M-胺的相对分子质量；n-胺的活泼氢原子数；a-胺的纯度，%；E-环氧树脂环氧值。

2.2 促进剂

在使用环氧树脂时，为了满足工程需要，有些希望环氧树脂可以固化慢些，有些则需要尽快固化环氧树脂。通常若想要增加固化速度，则添加环氧促进剂。添加固化剂后，环氧树脂不仅可以缩短固化时间、降低固化温度，还可以减小固化物体内的内应力。

3 水性环氧树脂性能测定

3.1 原材料

采用E-44 水性环氧树脂，其固含量为50%。水性环氧树脂对于固化体系的配比方案，见表1。

表1 水性环氧树脂对于固化体系配比方案

3.2 漆膜附着力试验

3.2.1 试样制备

将制备好的水性环氧树脂均匀的涂抹在尺寸为50mm×100mm×0.2mm 的马口铁板上，于室温下待漆膜完全固化。

3.2.2实验仪器

电动漆膜附着力试验仪见图1。

3.3 试验结果及分析

根据《漆膜附着力测定法》[4]对漆膜膜附着力进行测定，见图2。

根据滚轮线划痕引起漆膜损坏程度，按照滚轮线划痕评级的标准可以得出结论，采用化学接枝法制备的E-44 水性环氧树脂的附着力很好，为1 级。表明试验所选用的用化学接枝法制备的E-44 水性环氧树脂具有超强的附着力。

图1 电动漆膜附着力试验仪

图2 漆膜附着力测定

3.4 拉伸试验

3.4.1 试验方法

按照树脂浇筑体性能试验方法及规范（GB/T 2567—2008）[5]。

3.4.2 试验条件

试验所用仪器：电子材料试验机，见图3。

图3 电子材料试验机

环境温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%。加载速度：10mm/min。

3.4.3 试样制备

将准备好的水性环氧树脂浇筑到试膜中。

3.5 实验结果及分析

不同养护温度的条件下，温度与拉伸强度和断裂伸长率具有一定联系，实验结果见表2。

表2 水环氧树脂拉伸断裂结果

由表2 可知，随着水环氧树脂固化温度的升高，拉伸强度呈现出较小幅度的增长，在实验温度处于60℃时，其拉伸强度达到最大值，其最大值为5.27MPa；断裂伸长率减少，但减少不明显。可以看出实验数据中显示的拉伸强度和断裂伸长率都没有较明显的变化。但其拉伸强度值较前人同样研究水环氧树脂时的拉伸强度值偏小，在即化学接枝法制备的E-44 水环氧树脂具有良的高温稳定性。

4 实验结果及分析

（1）本文根据环氧树脂的水性化方法和固化机理，计算出固化剂的最佳使用量为水环氧树脂的3.2%。

（2）本章对采用化学接枝法制备的E-44 水性环氧树脂进行了涂膜附着力试验，实验表明，E-44 水环氧树脂涂膜具有良好的附着力，且为1 级。

（3）在拉伸试验中，随着温度的升高，水性环氧树脂的拉伸强度有所升高，但其升高幅度较小，在60℃时拉伸强度达到最大值。表明水环氧树脂具有良好的高温稳定性。