环氧树脂增韧剂CYH-277在复合材料中的应用

 
樊庆春1  孙波1  黄茂喜2  贺曼罗2 蒋伟2 张露2
（1、武汉工程大学化工与制药学院，湖北武汉 430074； 2、武汉森茂精细化工有限公司，湖北 武汉 430223）
 
摘  要：初步研究了环氧树脂增韧剂CYH-277在复合材料中的应用，利用红外光谱分析对增韧剂的结构进行了表征，考察了CYH-277对环氧树脂粘度的影响，对复合材料的力学性能进行了测试，并用扫描电子显微镜(SEM)表征其形态结构，结果表明：CYH-277能够有效降低环氧树脂的粘度，调整施工性能；可以有效改善环氧树脂的综合性能。
关键词： 环氧树脂；增韧剂；复合材料
 
0  前言
环氧树脂由于具有优异的机械性能、耐化学介质性能、粘接性能、绝缘性能、工艺性能、低收缩率和灵活的施工性能，广泛应用于涂料、胶粘剂、复合材料、绝缘材料等领域。但环氧树脂存在固化物脆性大、耐冲击性能差的缺陷，其应用领域受到一定的限制。向环氧树脂中引入弹性链段是改善其韧性的有效手段，如采用液体聚硫橡胶、尼龙、反应性丁腈橡胶等弹性体进行改性，环氧树脂增韧剂CYH-277分子链中具有适量活性基团和支化结构，可以与基体结合为一体，冲击受力时吸收冲击能发挥增韧的功能而且对材料的其它性能没有负面影响。
 
1  实验部分
1.1  主要原材料
    环氧树脂CYD-128：巴陵石化；CYH-277（反应型环氧树脂增韧剂）： 武汉森茂精细化工有限公司；固化剂：市购。
1.2  结构表征
使用付立叶红外光谱仪（Nicolet Impact 420型，美国）对CYH-277进行结构表征。复合材料经液氮冷冻并立即折断，真空干燥，并在截面上镀金后由扫描电镜(SEM, S-570, Hitachi, Japan)观察，拍照。
1.3  复合材料制备与性能测试
将环氧树脂与一定量CYH-277充分混合，加入配合量的固化剂，充分混合、脱泡后倒入模具中，室温固化7天后用万能电子拉力机(CMT-6503, 深圳新三思试验设备公司)根据相关标准测试复合材料的性


能，三次平行测量结果的平均值作为最终数据。
 
2  结果与讨论
2.1  CYH-277的红外光谱
图1 是活性增韧剂CYH-277的红外吸收光谱。对谱图进行分析, 2931cm-1 ,2857cm-1归属于己环结构；965cm-1 是环氧基的吸收峰；3442cm-1是羟基的吸收峰，说明分子链中含有羟基、环氧基等活性基团，此外分子结构中含有支化结构的柔性链段，因而可以和基体结合为一体，从而具有很好的增韧性能和反应活性，不随时间
 
图1  CYH-277红外光谱图



向基体外析出，可大幅度地提高环氧树脂固化物的耐冲击、抗开裂以及粘结强度等物理机械性能。
2.2  CYH-277的质量指标
     CYH-277的质量指标如表1所示。
 
表1 CYH-277的质量指标
密度（20℃）/(g/cm3)
粘度（25℃）/(mPa·S）
挥发
份/%
外观
0.985
60±20
≤0.5
无明显机械杂质
 
2.3 降粘性能
图2. CYH-277的稀释性能


由于增韧剂CYH-277粘度低，其与环氧树脂混合可以降低环氧树脂粘度，改善施工性能，由图2可以看出，随着增韧剂用量的增加，粘度逐渐降低，有利于改善体系的应用性能。
2.4  扫描电子显微镜（SEM）分析
      
（ａ）纯环氧树脂样品的断面形态　             （ｂ）应用CYH-277复合材料的断面形态
图3    样品断面的形态
 
从上图a图中可以很清楚地看出，空白环氧树脂呈典型的脆性断裂形貌。引入CYH-277链段后，体系运动能力逐渐提高，由开始的河床图样笔直的线条，在侧面逐渐形成许多裂纹，吸收了大量的冲击能量，阻止了裂纹的发展，也就是由原来的面断裂向点分子间断裂转变，此外未观察到海岛现象，说明CYH-277和基体相容性较佳，这是由于分子中具有活性基团的原因，从微观上说明了CYH-277的增韧效果。


2.5  CYH-277 对复合材料性能的影响
CYH-277可完全参与环氧树脂的固化反应，成为环氧树脂固化物交联网络结构的部分，有效提高复合材料的韧性，而且替代部分环氧树脂基料，有效地降低环氧体系成本。下表为使用CYH-277制备环氧树脂复合材料取得的实验数据：
 
3  结论
反应型环氧树脂增韧剂CYH-277为实际无毒级产品，分子结构中含有活性基团和支化结构，可完全参与环氧树脂的固化反应，成为环氧树脂固化物交联网络结构的部分，有效提高复合材料
 
表2. CYH-277对环氧玻璃钢复合材料性能的影响
CYH-277(wt% 对环氧树脂)
拉伸强
度/MPa
弯曲强
度/MPa
冲击韧性/
（KJ/m2）
压缩强度/MPa
0
10
20
30
40
73.4
72.5
71．3
70.2
64.5
78.5
87.4
108.5
118.4
114.3
13.3
16.2
19.4
23.6
23.2
86.2
95.1
101.5
95.8
86.5
 
的综合性能，而且可以替代部分环氧树脂基料，降低成本，在复合材料领域有广泛的应用前景。
 
 
 
 
 
 

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