乒乓球拍用膠粘劑的制備與力學性能研究

韓坤霖

(陜西能源職業技術學院，陜西 咸陽 712000)

乒乓球被稱為中國的“國球”，是一種世界流行的球類體育項目，在國內以及國際上都受到各類體育愛好者的普遍關注和喜愛。乒乓球拍作為進行乒乓球運動的關鍵設備之一，在很大程度上其質量將決定比賽水平和運動效果；在制備乒乓球拍的過程中，最為關鍵的因素之一是異種材料的粘接性能。傳統地采用有機溶劑制備的膠粘劑雖然具有較好的粘接效果；但是存在環境污染以及長時間使用對身體有害等負面效果。而采用粉狀環氧樹脂膠粘劑可以很好地解決這一問題，且粉狀環氧樹脂膠粘劑還具有運輸方便、自動化生產便捷等優點。目前國內對粉狀環氧樹脂的研究較少，具體促進劑種類等對環氧樹脂膠粘劑的作用機理仍然不清楚。本文擬以2-甲基咪唑為促進劑，考察其添加量對環氧樹脂膠粘劑微觀結構和力學性能的影響，有助于無污染、高性能乒乓球拍用膠粘劑的開發與應用。

1 試驗材料與方法

E-20型雙酚A型環氧樹脂，青島百辰新材料科技有限公司；六次甲基四胺(HMTA)(化學純)，南京化學試劑股份有限公司提供；2-甲基咪唑(2-MI)(化學純)，武漢吉業升化工有限公司提供。

將質量比100∶8∶(=0～1)的E-20、HMTA和2-MI充分混合后制成混合粉末，之后置于預熱好的金屬模具中，通過改變2-甲基咪唑質量分數來制備不同的環氧樹脂膠粘劑混合粉末，其中=0時表示E-20/HMTA；然后在XH-406B型橡膠平板硫化機上進行熱壓固化，溫度為128 ℃、壓強為9.8 MPa、熱壓時間為8 min，脫模后得到環氧樹脂膠粘劑樣條。

采用荷蘭Avantes紅外光譜分析儀對膠粘劑試樣進行紅外光譜分析；采用TGA4000性熱重分析儀對環氧樹脂膠粘劑試樣進行熱穩定性分析。按照GB/T 1043.2—2018《塑料 簡支梁沖擊性能的測定》，在CX-BC-30B型擺錘式沖擊試驗機上進行沖擊性能測試；室溫拉伸性能測試按照GB/T 1040.2—2006 《塑料 拉伸性能的測定 第2部分:模塑和擠塑塑料的試驗條件》，在MTS-810型液壓萬能試驗機上進行，拉伸速率為1.5 mm/min，取5根試樣平均值作為測試結果。

2 試驗結果與分析

2.1 結構表征

如圖1所示，分別列出了E-20、E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環氧樹脂膠粘劑的紅外光譜圖。

由圖1可以看出，紅外光譜圖中929 cm位置對應環氧樹脂膠粘劑的特征峰；1 047、1 192 cm位置處對應醚鍵伸縮振動峰；2 883、2 971、2 937和3 411 cm位置處分別對應—CH的伸縮振動峰、—CH的伸縮振動峰、—CH的伸縮振動峰、—OH的吸收峰。固化反應后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環氧樹脂膠粘劑在929 cm位置和3 411 cm位置處特征峰逐漸減弱，這主要是因為固化反應后環氧基團發生開環反應并形成了交聯網狀結構所致。

圖1 環氧樹脂膠粘劑的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrum of epoxy resin adhesive

2.2 沖擊性能

圖2為不同2-甲基咪唑含量的環氧樹脂膠粘劑的沖擊性能。對比分析可知，隨著2-甲基咪唑含量從0%增加至1%，環氧樹脂膠粘劑的沖擊強度呈現先增加后減小的趨勢，在2-甲基咪唑含量為0.8%時取得沖擊強度最大值，約為13.3 kJ/m。由此可見，環氧樹脂膠粘劑中的2-甲基咪唑添加量并不是越多越好，適宜的添加量為0.8%；如果2-甲基咪唑含量較低則環氧樹脂膠粘劑固化不完全，而如果2-甲基咪唑含量過高，固化反應速率過快會使得聚合反應后附著力降低，使得環氧樹脂膠粘劑試樣的沖擊強度降低。

圖2 不同2-甲基咪唑含量的環氧樹脂膠粘劑的沖擊性能Fig.2 Impact properties of epoxy resin adhesives with different 2-methylimidazole contents

2.3 拉伸性能

表1為不同2-甲基咪唑含量的環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能測試結果。對于未添加2-甲基咪唑的試樣，拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量分別為42.56 MPa、2.72%和1 922.7 MPa；隨著2-甲基咪唑含量增加，環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強度和斷裂伸長率先增加后減小，在2-甲基咪唑含量為0.8%時取得拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量最大值。此外，添加有2-甲基咪唑的環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量都高于未添加2-甲基咪唑的試樣，這也就說明2-甲基咪唑的添加有助于提升環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能，且當2-甲基咪唑含量為0.8%時具有最佳的拉伸性能。

表1 環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能Tab.1 Tensile Properties of epoxy resin adhesive samples

2.4 熱重分析

圖3為2-甲基咪唑質量分數分別為0%和0.8%的環氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線。

(a)2-甲基咪唑質質量分數0%

從圖3(a)的2-甲基咪唑質量分數為0%的環氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線中可知，該試樣的起始分解溫度和最大失重率的溫度分別為173.43 ℃和444.82 ℃，最后殘炭量約為7.77%；

從圖3(b)的2-甲基咪唑含量為0.8%的環氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線中可知，該試樣的起始分解溫度和最大失重率的溫度分別為185.28 ℃和454.57 ℃，最后殘炭量約為4.66%。對比分析可知，相較于2-甲基咪唑質量分數0%的環氧樹脂膠粘劑試樣，在加入質量分數0.8%的2-甲基咪唑，環氧樹脂膠粘劑試樣的起始分解溫度升高了11.85 ℃，最大失重率對應的溫度上升了9.75 ℃，最后殘炭量減少了3.11%。由此可見，在E-20/HMTA中添加0.8%的2-甲基咪唑可以提升環氧樹脂膠粘劑試樣的熱穩定性。

2.5 分析與討論

從不同2-甲基咪唑含量的環氧樹脂膠粘劑的沖擊性能測試結果可知，環氧樹脂膠粘劑的沖擊強度、拉伸強度和斷裂伸長率都會隨著2-甲基咪唑質量分數增大而先增厚減，在2-甲基咪唑質量分數為0.8%時取得沖擊強度、拉伸強度、斷裂伸長率最大值，過高的2-甲基咪唑質量分數會使得環氧樹脂膠粘劑的固化反應速率過快而降低聚合反應附著力，相應地沖擊強度、拉伸強度和斷裂伸長率會減小。整體而言，在環氧樹脂膠粘劑中添加一定質量分數的2-甲基咪唑的添加有助于提升環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能和沖擊性能，適宜的添加量為2-甲基咪唑質量分數為0.8%。

3 結語

(1)環氧樹脂膠粘劑試樣的紅外光譜圖中可見環氧、醚鍵伸縮振動峰、—CH的伸縮振動峰、—CH的伸縮振動峰和—OH的吸收峰；固化反應后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環氧樹脂膠粘劑在波數分別為929 cm位置和3 411 cm位置處特征峰逐漸減弱；

(2)隨著2-甲基咪唑質量分數從0%增加至1%時，環氧樹脂膠粘劑的沖擊強度呈現先增加后減小的趨勢；在2-甲基咪唑質量分數為0.8%時取得沖擊強度最大值，約為13.3 kJ/m；

(3)隨著2-甲基咪唑含量的增加，環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強度和斷裂伸長率先增加后減小，在2-甲基咪唑質量分數為0.8%時取得拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量的最大值。此外，添加2-甲基咪唑的環氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量都高于未添加2-甲基咪唑的試樣。