水性環氧樹脂研究固化溫度對其拉伸強度的影響

陶子程

（寧夏大學新華學院，寧夏銀川 750001）

1 雙酚A 型環氧樹脂

雙酚A 型環氧樹脂在環氧樹脂中被廣泛使用。其所生產的工藝一般為環氧氯丙烷（ECH）和雙酚A 在催化劑氫氧化鈉的作用下發生縮聚反應。目前我國對雙酚A 型環氧樹脂產量比重很大，其占環氧樹脂總產量的80%以上[1]，在國民經濟發展飛速的時代，已經普遍應用在我國各個領域，也因此被稱為通用型環氧樹脂。

該樹脂的典型性能[2]如下：①附著力很強；②力學性能高，材料結構致密，同時具有較高的粘結強度以及物理強度；③該樹脂不僅具有良好的穩定性，對化學藥品具有很強的抵抗性；④具有絕佳的絕緣性能，普遍性能與聚酯樹脂相比，具有明顯的優勢。

2 水環氧樹脂固化劑及固化機理

2.1 固化劑

環氧樹脂具有線型結構，本身不會硬化，只有當加入固化劑后，反應生成不溶不熔的具有三維網狀交聯結構的聚合物，這時會才表現出許多社會應用價值以及良好的性能，因此我們把環氧樹脂可以歸屬于熱固性樹脂[3]。

環氧樹脂組成物主要由樹脂成分、改性成分、調節流動性成分和其他成分這四個方面組成。而環氧樹脂的這四個方面的各個組分是可以改變的，所以可研發出多種用途的環氧樹脂，得以滿足不同工程領域的需求，繼而得到廣泛的應用。在實際應用中，開發一種新的固化劑也就是意味著開發一種環氧樹脂的新的應用指標。溶于水并且能被水乳化的環氧樹脂固化劑，稱為水性環氧固化劑[2]。多元胺類固化劑的通常都具有溶于水的性質。但它也有一定的缺陷，比如在室溫下，具有較大的揮發性，并且帶有一定的毒性，其固化時間較短，因此對實驗條件比較苛刻。環氧樹脂固化反應程度的兩個重要決定因素：固化所具備的條件以及固化劑的摻量。其式（1）如下：

式中：G-每100g 環氧樹脂中胺的使用質量，g；M-胺的相對分子質量；n-胺的活潑氫原子數；a-胺的純度，%；E-環氧樹脂環氧值。

2.2 促進劑

在使用環氧樹脂時，為了滿足工程需要，有些希望環氧樹脂可以固化慢些，有些則需要盡快固化環氧樹脂。通常若想要增加固化速度，則添加環氧促進劑。添加固化劑后，環氧樹脂不僅可以縮短固化時間、降低固化溫度，還可以減小固化物體內的內應力。

3 水性環氧樹脂性能測定

3.1 原材料

采用E-44 水性環氧樹脂，其固含量為50%。水性環氧樹脂對于固化體系的配比方案，見表1。

表1 水性環氧樹脂對于固化體系配比方案

3.2 漆膜附著力試驗

3.2.1 試樣制備

將制備好的水性環氧樹脂均勻的涂抹在尺寸為50mm×100mm×0.2mm 的馬口鐵板上，于室溫下待漆膜完全固化。

3.2.2實驗儀器

電動漆膜附著力試驗儀見圖1。

3.3 試驗結果及分析

根據《漆膜附著力測定法》[4]對漆膜膜附著力進行測定，見圖2。

根據滾輪線劃痕引起漆膜損壞程度，按照滾輪線劃痕評級的標準可以得出結論，采用化學接枝法制備的E-44 水性環氧樹脂的附著力很好，為1 級。表明試驗所選用的用化學接枝法制備的E-44 水性環氧樹脂具有超強的附著力。

圖1 電動漆膜附著力試驗儀

圖2 漆膜附著力測定

3.4 拉伸試驗

3.4.1 試驗方法

按照樹脂澆筑體性能試驗方法及規范（GB/T 2567—2008）[5]。

3.4.2 試驗條件

試驗所用儀器：電子材料試驗機，見圖3。

圖3 電子材料試驗機

環境溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%。加載速度：10mm/min。

3.4.3 試樣制備

將準備好的水性環氧樹脂澆筑到試膜中。

3.5 實驗結果及分析

不同養護溫度的條件下，溫度與拉伸強度和斷裂伸長率具有一定聯系，實驗結果見表2。

表2 水環氧樹脂拉伸斷裂結果

由表2 可知，隨著水環氧樹脂固化溫度的升高，拉伸強度呈現出較小幅度的增長，在實驗溫度處于60℃時，其拉伸強度達到最大值，其最大值為5.27MPa；斷裂伸長率減少，但減少不明顯。可以看出實驗數據中顯示的拉伸強度和斷裂伸長率都沒有較明顯的變化。但其拉伸強度值較前人同樣研究水環氧樹脂時的拉伸強度值偏小，在即化學接枝法制備的E-44 水環氧樹脂具有良的高溫穩定性。

4 實驗結果及分析

（1）本文根據環氧樹脂的水性化方法和固化機理，計算出固化劑的最佳使用量為水環氧樹脂的3.2%。

（2）本章對采用化學接枝法制備的E-44 水性環氧樹脂進行了涂膜附著力試驗，實驗表明，E-44 水環氧樹脂涂膜具有良好的附著力，且為1 級。

（3）在拉伸試驗中，隨著溫度的升高，水性環氧樹脂的拉伸強度有所升高，但其升高幅度較小，在60℃時拉伸強度達到最大值。表明水環氧樹脂具有良好的高溫穩定性。