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改性环氧树脂的固化与稀释增韧研究
宋 琼1 孙 颖2 吴 蓁2
（1. 上海树脂厂有限公司，上海 200336 ；2. 上海应用技术学院，上海 200235）
0 引言
环氧树脂的增韧主要包括树脂的改性增韧，以及柔性固化剂和活性稀释剂的合理选用。采用柔性固化剂及活性稀释剂的增韧环氧树脂，不仅可以提高环氧树脂固化物的韧性和冲击性能，同时也可改善环氧树脂的工艺性，赋予环氧树脂新的特性，因此这种方法成为人们研究的热点［1-2］。用自制的聚氨酯改性环氧树脂，研究不同固化条件及稀释剂作用下其抗冲击性、耐热性和力学性能的变化，在提高环氧树脂抗冲击性的同时，保持其较高的拉伸性能和耐热性，从而达到对环氧树脂进一步增韧改性的目的。
1 实验部分
1.1 原材料
固化剂5618、5784、5788，活性稀释剂5748，均为工业级，上海树脂厂有限公司；固化剂9032，工业级，苏州亨思特实业有限公司；改性环氧树脂MEP，自制。
1.2 改性环氧树脂的固化
将自制的改性环氧树脂MEP 加入一定比例的固化剂，在室温下搅拌均匀，然后浇注在模具中固化成形。必要时加入一定比例的活性稀释剂。
1.3 性能测试
干燥时间（表干时间）：按GB 1728—1979 方法进行测定。
硬度：采用CYX-A 邵氏橡胶硬度计测定。
拉伸性能：采用意大利产Sun500 万能材料试验机，按GB 1040—1979《塑料拉伸性能试验方法》测定。
冲击强度：采用JC—3002 型简支梁式冲击试验机，按GB 16420—1996《塑料冲击性能试验方法》测定。
维卡软化点：采用ZWK-3 型微机控制热变形维卡软化试验机，按GB 1633—1979 的方法测定。
动态力学性能：采用德国耐驰公司生产的Netzsch-DMA-242 动态热机械分析仪，以3℃ /min 的升温速率，1 Hz 的测试速率进行测定。
2 结果与讨论
2.1 固化剂种类对改性环氧树脂性能的影响
环氧树脂（EP）中引入柔性的固化剂分子链，一方面，使得EP 分子链的内旋转更为容易，分子构象更多；另一方面，降低了EP 的交联密度。因此，这种方法在增韧的同时也会降低树脂的强度和耐热性。寻找综合性能均衡的最佳固化体系是本研究的主要内容。
固化剂5784 是含长链脂肪族改性伯胺的无色黏性透明液体，是一种低黏度的室温固化型固化剂。它具有色泽佳，对潮气不敏感，涂层不变红、不渗液等优点。此外，该固化剂还具有高光泽，良好的抗冲击性和低温固化性，应用范围包括高固体分和无溶剂涂料、地坪涂料、胶黏剂、层压料和电子封装料。其主要成分为聚醚胺D230、有机酚等。
固化剂5788 也是含长链脂肪族改性伯胺的室温固化型固化剂。它具有极好的色泽，对潮气不敏感，应用广泛。其主要成分为聚醚胺D400、三乙醇胺等。固化剂5618 是一种改性的脂环族胺加成物，可用作液体环氧树脂的室温固化剂。它具有低毒，颜色浅，高光泽，低黏度，极好的色泽和色泽稳定性，耐候性好，黏结性佳，耐化学性优良等特点。其主要成分中含IPDA（异佛尔酮二胺），比直链脂肪族多胺具有更好的耐热性，是一种常温固化型高光泽固化剂。它具有与环氧树脂相容性好，收缩率小的特性，广泛用于民用工程和装饰性涂料。
固化剂9032 是一种脂环胺固化剂，色泽浅，黏度低，耐黄变性极佳，耐酸碱性能好，成膜后的硬度极高，且在低温时也可固化。
2.1.1 不同固化剂对改性环氧树脂性能的影响
不同固化剂对改性环氧树脂性能的影响见表1。
由表1 可知：由于固化剂的结构不同，与改性环氧树脂固化后，所呈现的性能有较大的不同。常温表干时间从快到慢的顺序依次为固化剂9032、5618、5784、5788，即固化剂9032 和5618 作为常温固化剂最为适宜。从抗冲性上来看，固化剂5788 的冲击强度为27.16 kJ/m2，相对其他固化剂而言最高，但是其拉伸强度小，维卡软化点低，常温固化慢。而固化剂9032 能同时保持较高的冲击强度（韧性）、拉伸强度及维卡软化点（耐热性），且固化速度最快，因此在一定量的活性稀释剂存在下，脂环胺9032 与MEP 固化后的综合性能较为均衡和优异。
2.1.2 固化剂用量对环氧树脂性能的影响
选择MEP 与固化剂5618 体系，考察了不同的固化剂用量对改性环氧树脂性能的影响，结果如表2 所示。
表2 结果显示，mMEP ∶m5618 为10∶10 时固化时间最短，但试样软，硬度低，因此无法测得冲击强度和维卡软化点，拉伸强度也很小。这可能是由于固化剂加入过量，多余的固化剂作为填充剂存在影响了固化性能，同时也导致固化剂的浪费。mMEP ∶m5618为10∶5 时，综合性能最佳。
2.2 活性稀释剂对改性环氧树脂性能的影响
活性稀释剂5748 是一种单官能的脂肪族缩水甘油醚。因其分子内含醚键和环氧基，能与环氧树脂无限混溶，稀释环氧树脂效果好，固化时参与固化反应，形成均一体系，是最常用的环氧树脂活性稀释剂。
2.2.1 稀释剂对环氧树脂固化物物理性能的影响
将MEP 与固化剂9032 按10∶5 的质量比混合，再加入MEP 质量10% 的活性稀释剂，进行固化物各项性能的测定，结果如表3 所示。
表3 结果显示，对于同一体系，加入活性稀释剂后，环氧树脂固化物的硬度和拉伸强度有所下降，但其冲击强度则有所上升。活性稀释剂用量为10% 时，维卡软化点下降的幅度并不大。由此可见，活性稀释剂的适量添加能实现对环氧树脂的增韧，可用于对硬度、强度要求不高的场合。
2.2.2 稀释剂对环氧树脂固化物玻璃化转变温度的影响
为进一步判断活性稀释剂对环氧树脂耐热性的影响，对环氧树脂固化物的DMA（动态力学分析）进行了测定，结果如图1 所示。由图1 可知：加入10% 稀释剂的环氧树脂的Tg（59.99℃）仅比未加稀释剂的Tg（61.48℃）略低（不超过1.5℃），说明稀释剂用量为10% 时，在增韧的同时，对环氧树脂的耐热性影响不大。
3 结语
（1） 不同类型的固化剂对于改性环氧树脂MEP固化物的性能有较大影响，脂环胺9032 与MEP 固化物的综合性能较为优异。
（2） 表干时间随固化剂5618 用量的减少而增加。mMEP ∶m5618 为10∶5 时，综合性能最佳。
（3） 加入活性稀释剂（改性环氧树脂质量的10%）后，环氧树脂固化物的冲击强度有所上升，而对环氧树脂的耐热性影响不大。可用于对硬度、强度要求不高的场合。
