环氧树脂改性在雷达吸波涂料中的应用研究

黄卉芬，何紫莹

摘 要：研究分析环氧树脂改性在雷达吸波涂料中的应用。设计实验中环氧基与己二胺氨基中的活泼H物质部分产生羟烷基化，并与丙烯腈双键产生氰乙基化反应。结果表明，己二胺与丙烯腈量比逐渐增加时，附着力逐渐变小，柔韧性提升。雷达涂层柔韧性为10 mm，涂层附着力16.8 MPa，雷达涂层综合性能良好。树脂添加量为15%时，附着力14.4 MPa，柔韧性5 mm，涂层附着力较为良好，柔韧性较强。

关键词：环氧树脂改性;雷达吸波涂料;环氧基;活泼H物质

中图分类号：TQ323.5 文献标识码：A     文章编号：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

雷达吸波涂料是飞行器设计因素之一，能够实现飞行器隐身运作，属于一种隐身材料技术，雷达吸波涂料在运行中施工较为便捷，材料制备较为简单，施工中不会受到工件形状的限制，其在飞行器运用中较为常见。与外蒙皮漆相比，雷达吸波涂层更厚，具有更大的颜基比，在涂刷与机械加工层面应用优势明显，在施工作业中，要求涂层韧性与附着力良好[1]。当前雷达吸波涂料主要运用的材料有环氧树脂、聚氨酯、氯丁橡胶等，但是这些材料运用中，树脂难以充分适应当前飞行器的飞行需求，应当不断予以改进[2]。环氧树脂涂层目前在雷达吸波涂料中具有较为广阔的应用空间，环氧树脂涂层具有高填充量的特征，附着力良好。运用中具有耐化学药品、耐水性以及防腐蚀性的特征，但是在实际运用中制得的雷达吸波涂层柔韧性不佳，难以有效满足实际运行需求。因此，在使用过程中，要求有效改良环氧树脂固化体系，结合环氧树脂物理化学性能进行优化设计，将环氧树脂与固化剂通过一定处理之后，使两者发生交联聚合作用[3]。环氧树脂配方技术中，要求充分结合固化剂自身性能与结构。本文以此为参照设计了该试验，并进行了验证分析。

1 实验设计

1.1 实验仪器设备

本次实验使用的仪器及设备有动搅拌器、冷凝管、柔韧性测定器、四口瓶、超聲波发生器、恒压滴液漏斗、铝合金试柱、拉力实验机。

1.2 实验材料

岳阳树脂厂出产的环氧树脂E251（环氧值0141）、环氧树脂E244（环氧值0151）;天津化学试剂有限责任公司出产的环己酮;天津化学试剂一厂出产的丙烯腈、己二胺;天津市天大化学试剂厂出产的正丁醇、甲苯;武汉江北化学试剂公司出产的丙酮。

1.3 实验反应原理

本次研究中，物质反应原理为环氧基与己二胺氨基中的活泼H物质部分产生羟烷基化，反应完成之后和丙烯腈双键产生氰乙基化反应。此次化学反应中，存在着交联聚合反应，主要为环氧树脂与活泼H之中，在化学反应物中能够产生此种反应。

2 结果与讨论

2.1 反应温度

本次研究中，丙烯腈沸点78℃，己二胺熔点41℃，在物质产生化学反应的过程中，若反应温度比反应物熔点高，则研究的化学反应物能够保持液态均相。

若反应温度过高，超过一定限度，可能出现胺类化合物氧化现象。研究中环氧树脂与己二胺两者反应温度为70～80℃。由于新加入的丙烯腈自身沸点较低，同时氰乙基化为剧烈放热反应，因此在其加入之后能够将研究对象整体温度降低至60～70℃。

2.2 固化剂改性比的选择

本次研究中，设置了同量的丙烯腈、固体己二胺进行对比试验，固化条件：温度47℃，时间8 h。在对涂层力学性能影响的研究中，分析了己二胺中活泼H物质与环氧树脂E244的环氧基之间的量比，结果如表1所示。

从表1中可见，环氧基与活泼H物质量比为0.224时，附着力10.3 MPa，柔韧性5 mm;环氧基与活泼H物质量比为0.210时，附着力16.8 MPa，柔韧性10 mm;环氧基与活泼H物质量比为0.200时，附着力17.1 MPa，柔韧性大于15 mm;环氧基与活泼H物质量比为0.187时，附着力17.7 MPa，柔韧性大于15 mm;环氧基与活泼H物质量比为0.162时，附着力20.1 MPa，柔韧性大于15 mm。可见，在环氧树脂E244的环氧基与己二胺中活泼H物质比低于0.200时，雷达吸波涂料附着力较强，但柔韧性不足;在该数值达0.200以上时，雷达吸波涂料具有较强的柔韧性，但是附着力不佳。

在环氧树脂E244的环氧基与己二胺中活泼H物质比值0.210时，分析对涂层力学性能的影响，结果如表2所示。

从表2中可知，己二胺与丙烯腈量比为0.6时，附着力20.0 MPa，柔韧性15 mm; 己二胺与丙烯腈量比为0.8时，附着力17.8 MPa，柔韧性15 mm;己二胺与丙烯腈量比为1.0时，附着力16.8 MPa，柔韧性10 mm;己二胺与丙烯腈量比为1.2时，附着力11.3 MPa，柔韧性5 mm。在己二胺与丙烯腈物质量比逐渐增加的情况下，附着力逐渐变小，同时涂层柔韧性也逐渐提升。

2.3 树脂添加量对涂层力学性能的影响

环氧树脂E244的环氧基与己二胺活泼H物质的量比0.210、己二胺与丙烯腈物质量比为1.0时，环氧树脂E251与合成固化剂能够起到良好的配合作用，雷达涂层柔韧性为10 mm，涂层附着力16.8 MPa，该雷达涂层具有良好的综合性能。为进一步提升涂层韧性，进行了进一步研究，将第3组分树脂纳入固化剂、E251的固化体系中。环氧树脂中，树脂具有较多极性侧基，为长链结构。第3组分树脂对雷达涂层力学性能的影响如表3所示。

从表3中可见，树脂质量分数5%时，附着力17.0 MPa，柔韧性10 mm;树脂质量分数10%时，附着力15.6 MPa，柔韧性10 mm;树脂质量分数15%时，附着力14.4 MPa，柔韧性5 mm;树脂质量分数20%时，附着力9.6 MPa，柔韧性5 mm。可见，树脂的质量分数达到15%时，涂层附着力较为良好，同时柔韧性较强。

3 讨论与分析

本研究中，雷达吸波涂层柔韧性10～15 mm，附着力10～15 MPa。此次实验分析中可见存在交联聚合反应，主要为环氧树脂与活泼H物质两者之间，丙烯腈沸点78℃，己二胺熔点41℃，环氧树脂与己二胺两者反应温度70～80℃，加入丙烯腈后能够将整体温度降至60～70℃[3]。环氧基与活泼H物质量比0.224时，附着力10.3 MPa，柔韧性5 mm;  环氧基与活泼H物质量比0.210时，附着力16.8 MPa，柔韧性10 mm，环氧基与活泼H物质量比0.200时，附着力17.1 MPa，柔韧性大于15 mm，环氧基与活泼H物质量比0.187时，附着力17.7 MPa，柔韧性大于15 mm，环氧基与活泼H物质量比0.162时，附着力20.1 MPa，柔韧性大于15 mm[4]。

通过此数值分析能够看出环氧树脂E244环氧基与己二胺中活泼H物质在0.200以下时，雷达吸波涂料附着力较强，但柔韧性不足，量值达0.200以上时，雷达吸波涂料具有较强的柔韧性，但附着力不佳。己二胺与丙烯腈量比0.6时，附着力20.0 MPa，柔韧性15 mm[5];己二胺与丙烯腈量比0.8时，附着力17.8 MPa，柔韧性15 mm;己二胺与丙烯腈量比1.0时，附着力16.8 MPa，柔韧性10 mm;己二胺与丙烯腈量比1.2时，附着力11.3 MPa，柔韧性5 mm;说明己二胺与丙烯腈物质的量比逐渐变大时，附着力逐渐变小，涂层柔韧性也逐渐提升[6]。

环氧基与己二胺活泼H物质量比为0.210、己二胺与丙烯腈物质量比为1.0时，环氧树脂E251与合成固化剂两者能够起到互补作用效果，雷达涂层柔韧性为10 mm，涂层附着力16.8 MPa，该雷达涂层综合性能良好[7]。将第3组分树脂纳入固化剂、E251的固化体系中[8-9]。环氧树脂中，树脂具有较多极性侧基，为长链结构。树脂质量分数5%时，附着力17.0 MPa，柔韧性10 mm;树脂质量分数10%时，附着力15.6 MPa，柔韧性10 mm;树脂质量分数15%时，附着力14.4 MPa，柔韧性5 mm;树脂质量分数20%时，附着力9.6 MPa，柔韧性5 mm。可见，树脂的质量分数达到15%时，涂层附着力较为良好，同时柔韧性较强[10]。

4 结语

本研究中，第3组分树脂、固化剂、吸收剂、环氧树脂E251等材料构成的雷达吸波涂料附着力及柔韧性能良好，其中柔韧性5 mm，附着力14.4 MPa，整体力学性能良好，符合雷达涂层材料性能要求，具有较为广阔的应用前景。

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