魏江雄

摘 要：基于環(huán)氧樹脂/聚酰胺體系的固化反應(yīng)機(jī)理，通過實(shí)驗(yàn)研究了E-44環(huán)氧樹脂固化物的力學(xué)性能隨650聚酰胺樹脂的添加量、固化條件的變化規(guī)律。彎曲強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明：在同一固化條件下，隨著“650”聚酰胺含量的增加，固化物的力學(xué)性能隨之增加;在溫度60 ℃時固化物的力學(xué)性能優(yōu)于溫度25 ℃時固化物的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：650聚酰胺樹脂;E44環(huán)氧樹脂;力學(xué)性能;添加量

中圖分類號：TQ323.5?????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0023-04

Study on Influencing Factors of mechanical properties of E-44 epoxy resin cured product

WEI Jiangxiong

（Lingyun Technology Group Co.，Ltd.，Dangyang 444100，Hubei China）

Abstract：Based on the curing reaction mechanism of epoxy resin/polyamide system，the change rule of mechanical properties of E-44 epoxy resin cured product with the addition amount of 650 polyamide resin and curing conditions was studied through experiments.The test results of flexural strength and tensile shear strength showed that：under the same curing conditions，with the increase of 650 polyamide content，the mechanical properties of the cured product increase;the mechanical properties of the cured product at a temperature of 60 ℃ are better than those at a temperature of 25 ℃.

Key words：650 polyamide resin;E-44 epoxy resin;mechanical properties;addition amount

E-44環(huán)氧樹脂是一種重要的熱固性環(huán)氧樹脂，其具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、耐熱及粘接性能。其易于與輔助材料混合，方便成型加工，固化后尺寸穩(wěn)定性好，收縮率小，粘接性能優(yōu)異，電絕緣性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性好，用它配制的環(huán)氧樹脂膠粘劑可廣泛用于化工、輕工、水利、膠條、機(jī)械、電子、航空維修領(lǐng)域，用作澆注、灌注、密封、浸漬、層壓制件、粘合和表面防腐之用[1]。

低分子聚酰胺樹脂作為環(huán)氧樹脂的固化劑已有多年的歷史，其中較為常見的是低分子650聚酰胺樹脂（下文簡稱“650”），其添加量和固化條件對環(huán)氧樹脂固化物的影響大。本文選用6種不同的“650”添加量和2種不同的固化條件，來研究不同環(huán)氧樹脂固化物的力學(xué)性能隨“650”添加量、固化條件的變化規(guī)律。

關(guān)于環(huán)氧樹脂/聚酰胺體系的固化反應(yīng)機(jī)理，有學(xué)者曾用差示掃描量熱法（DSC）和紅外光譜法做過研究，結(jié)果表明，固化反應(yīng)包括3個反應(yīng)：第1個反應(yīng)發(fā)生在室溫下，是聚酰胺中伯胺和仲胺上的氫和環(huán)氧基的反應(yīng);第2個反應(yīng)發(fā)生在溫度70 ℃左右，為聚酰胺和羥基的交換反應(yīng)，這一反應(yīng)形成的胺上的氫仍能與環(huán)氧基起加成反應(yīng);第3個反應(yīng)發(fā)生在溫度100 ℃以上，也是酰胺基與羥基的反應(yīng)，但反應(yīng)過程尚不明確[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

E-44（6101）環(huán)氧樹脂（岳陽石油化工總廠岳華有機(jī)化工廠），環(huán)氧值（0.41～0.47）當(dāng)量/100 g;軟化點(diǎn)：12～20 ℃;

“650”低分子聚酰胺樹脂（宜春翔宇膠粘劑有限公司）;

LY12CZ鋁板（東北輕合金有限責(zé)任公司）：1.5 mm×100 mm×25 mm;

烘箱（蕪湖市金永生電氣有限公司）;

拉力試驗(yàn)機(jī)：CMT4104型電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試樣制備

彎曲強(qiáng)度試樣的制備：將E-44環(huán)氧樹脂與固化劑“650”按表1規(guī)定量混合均勻后注入圖1（a）所示的模具內(nèi)，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下固化。參照GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》將固化后的環(huán)氧樹脂澆注體加工成圖1（b）所示的尺寸為15 mm×5 mm×150 mm的長條形試樣，每組配比的試樣各制作5件，用于測試彎曲強(qiáng)度性能。

拉伸剪切強(qiáng)度試樣的制備：將E-44環(huán)氧樹脂與固化劑“650”按照按表1規(guī)定量混合均勻后按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定》制作膠接試樣，每組配比的試樣各制作5件，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下固化。被粘接材料為LY12CZ δ1.5 mm，粘接面積為（12.5×25）mm2，粘接試樣表面預(yù)先磷酸陽極化處理。

E-44環(huán)氧樹脂和“650”的組成及固化條件如表1所示。

1.3 彎曲強(qiáng)度性能測試

參照GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》，采用CMT4104型電子萬能試驗(yàn)機(jī)在室溫條件下測試彎曲強(qiáng)度試樣的彎曲強(qiáng)度性能，如圖2所示，試驗(yàn)速率5 mm/min。每組5個試樣，結(jié)果取平均值。

1.4 拉伸強(qiáng)度性能測試

按照GB/T 7124—2008 《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定》，采用CMT4104型電子萬能試驗(yàn)機(jī)在室溫條件下測試彎曲強(qiáng)度試樣的彎曲強(qiáng)度性能，拉伸速率5 mm/min。每組5個試樣，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 “650”添加量及固化條件對E-44環(huán)氧樹脂彎曲強(qiáng)度的影響

為了研究“650”添加量和固化條件對E-44環(huán)氧樹脂彎曲強(qiáng)度的影響，將不同添加量的澆注體試樣分別在25 ℃、7 d和60 ℃、8 h條件下固化，測量試樣的彎曲強(qiáng)度。圖3（a）是在溫度25 ℃下不同配比試樣的彎曲強(qiáng)度變化曲線;圖3（b）是在溫度60 ℃條件下不同配比試樣的彎曲強(qiáng)度變化曲線。從圖3（a）可看出，在溫度25、60 ℃固化條件下，隨著“650”添加量的增加，彎曲強(qiáng)度呈正相關(guān)。當(dāng)環(huán)氧樹脂與“650”的質(zhì)量比為10∶9時，彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值115.8 MPa，進(jìn)一步提高“650”的質(zhì)量比，彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)出降低趨勢;這是因?yàn)槭覝丨h(huán)境下，隨著“650”添加量的增加，環(huán)氧樹脂固化后的交聯(lián)密度升高，使得固化后的環(huán)氧樹脂彎曲強(qiáng)度增加[3]。當(dāng)“650”添加量相同時，在溫度60 ℃條件下的彎曲強(qiáng)度明顯比在溫度25 ℃的條件下彎曲強(qiáng)度要高21.5%～60.5%;這是因?yàn)樵跍囟?5 ℃條件下，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氫和環(huán)氧基未充分反應(yīng)，產(chǎn)物的交聯(lián)密度較低，因此彎曲強(qiáng)度不如在溫度60 ℃條件下的環(huán)氧樹脂固化物。研究還發(fā)現(xiàn)隨著“650”添加量的增大，二者的彎曲強(qiáng)度差值也越大，這說明在固化劑添加量不足的情況下，只要提高固化溫度，使聚酰胺中伯胺和仲胺上的氫和環(huán)氧基的加成反應(yīng)充分，仍然可以獲得較高交聯(lián)密度的樹脂。

實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)“650”含量較少時，制備的試樣在進(jìn)行試驗(yàn)時試樣僅發(fā)生韌性變形，未出現(xiàn)脆性斷裂現(xiàn)象;隨著“650”含量的增加，試樣逐漸由韌性變形轉(zhuǎn)向脆性斷裂。這是由于“650”含量較低時，交聯(lián)反應(yīng)未完全發(fā)生，固化物交聯(lián)密度小，試樣的韌性較大，試驗(yàn)過程中試樣表現(xiàn)出韌性彎曲特征;隨著“650”含量的增加，固化過程中的交聯(lián)反應(yīng)程度越高，固化物交聯(lián)密度大，試樣韌性降低，彎曲強(qiáng)度增加，試驗(yàn)過程中試樣呈現(xiàn)脆性斷裂特征。

2.2 “650”添加量及固化條件對E-44環(huán)氧樹脂拉伸剪切強(qiáng)度的影響

圖4（a）是在溫度25 ℃條件下不同配比試樣的拉伸剪切強(qiáng)度變化曲線;圖4（b）是在溫度60 ℃條件下不同配比試樣的拉伸剪切強(qiáng)度變化曲線。

由圖4（a）可看出，隨著“650”質(zhì)量比的增加，在溫度25、60 ℃條件下的拉伸剪切強(qiáng)度均升高。在溫度25 ℃條件下，“650”添加量在80 g時，試樣的拉伸剪切強(qiáng)度為19.8 MPa，達(dá)到較高的剪切強(qiáng)度;當(dāng)“650”添加量繼續(xù)增加時，對拉伸剪切強(qiáng)度的影響作用不大。這是由于在溫度25 ℃條件下，當(dāng)“650”添加量為80 g時，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氫和環(huán)氧基反應(yīng)已達(dá)到飽和狀態(tài)，增加“650”添加量，對氫和環(huán)氧基的結(jié)合能力改善不明顯，固化物的交聯(lián)密度變化不大，拉伸剪切強(qiáng)度基本不變;隨著“650”的繼續(xù)添加，未與環(huán)氧基結(jié)合的聚酰胺嵌段在環(huán)氧分子結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致粘接劑的內(nèi)聚力下降，表現(xiàn)為彎曲強(qiáng)度的下降。

在溫度60 ℃條件下，試樣的拉伸剪切強(qiáng)度隨著“650”添加量的增加而增大。當(dāng)“650”添加量在相同的情況下，60 ℃固化試樣的拉伸剪切強(qiáng)度普遍優(yōu)于室溫固化試樣的拉伸剪切強(qiáng)度;25 ℃固化7 d的剪切強(qiáng)度未達(dá)到最高值，這是由于常溫下固化7 d，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氫和環(huán)氧基未充分反應(yīng)，產(chǎn)物的交聯(lián)密度較低。隨著溫度升高，聚酰胺與羥基發(fā)生交換反應(yīng)，這一反應(yīng)形成的胺上的氫仍能與環(huán)氧基起加成反應(yīng)，促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)的充分發(fā)生，固化物的交聯(lián)密度大，達(dá)到較高的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。

3 結(jié)語

（1）環(huán)氧/聚酰胺樹脂在溫度60 ℃固化條件下彎曲強(qiáng)度隨著“650”添加量的增加而增大。室溫固化條件下彎曲強(qiáng)度先隨著“650”添加量的增加而增大，在“650”達(dá)到90 g時，彎曲強(qiáng)度最大值為115.8 MPa。當(dāng)繼續(xù)添加“650”時，環(huán)氧/聚酰胺樹脂的彎曲強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢;

（2）環(huán)氧/聚酰胺樹脂在溫度60 ℃固化條件下拉伸剪切強(qiáng)度均隨著“650”添加量的增加而增大。室溫固化條件下隨著“650”添加量的增加，拉伸剪切強(qiáng)度在“650”達(dá)到80 g時拉伸剪切強(qiáng)度達(dá)到19.8 MPa，繼續(xù)添加“650”時，環(huán)氧/聚酰胺樹脂的拉伸剪切強(qiáng)度無明顯提高;

（3）在溫度25 ℃，固化7 d條件下，還剩余一定量的環(huán)氧基未參與反應(yīng)。在溫度60 ℃，固化8 h條件下，膠粘劑基本固化完全，達(dá)到較高的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。

【參考文獻(xiàn)】

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