端氨基聚醚固化环氧树脂的阻尼性能研究
                              洪　珍1,王　翔1,赵新民2
(1.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070;2.中钢集团天津有限公司,天津300204)
    摘要：用端氨基聚醚D400固化环氧树脂CYD128,在固化体系中加入小分子稀释剂XY678,并采用D400/D2000混合 固化剂固化环氧树脂CYD128/XY678混合体系。分析研究XY678和D2000对材料的阻尼性能的影响。结果表明, XY678的含量的增加对体系损耗因子的影响不显著,有效阻尼范围稍有增加,但玻璃化转变温度降低。随着D2000含 量的增加,固化物的损耗峰逐渐向低温移动,损耗峰的高度先增加后减小,有效阻尼范围稍有增加。环氧树脂浇注体损 耗因子达到了1.43,玻璃化转变温度为26.7℃,且阻尼温度范围提高到27.3℃,在14.22~41.52℃范围内均有较高的 阻尼性能。
    关键词：环氧树脂;　阻尼因子;　玻璃化转变温度
    中图分类号：TB 332文献标识码:　A文章编号:1671-4431(2009)21-0101-04
    环氧树脂具有较强的粘结性能、优良的力学性能、耐化学药品性、耐气候性、电绝缘性好以及尺寸稳定等 特点,已广泛用于机械、化工、航空、航天及船舶等复合材料中,但其脆性较大,冲击强度不高[1,2]。这些缺点 限制了环氧树脂的应用范围,尤其是作为阻尼材料在低温或室温下的应用[3]。改进的方法一般是将聚氨 酯、丙烯酸酯等低玻璃化温度的柔性组分与环氧树脂共混、共聚或形成互穿网络,来增加环氧树脂在室温或 低温的阻尼性能。但由于聚氨酯、丙烯酸酯等柔性组分与环氧树脂相容性较差,所得到的复合材料往往出现 2个力学损耗峰,组分间发生相分离,影响了材料的使用[4-7]。针对上述问题,文章用混合固化剂固化加有稀 释剂的环氧树脂混合体系,以得到在室温或低温下具有良好阻尼性能且不发生相分离的环氧树脂复合材料, 并分析研究了材料的阻尼性能。
    1　实　验
    1.1　原　料
    环氧树脂:牌号CYD128,环氧值0.51,中国石化巴陵石 油化工有限责任公司;稀释剂: XY678,环氧值0.65,安徽新 远化工有限公司;固化剂:端氨基聚醚D400、D2000,Hunts- man公司。
    1.2　试样制备
    1)依次将CYD128与XY678按表1中配比进行混合,搅 拌均匀,再加入配比量的D400固化剂,混合均匀后浇入模具 中,放入烘箱中进行固化,固化制度为60℃/2 h + 100℃/2 h,待固化完成后,脱模,制作测试所需要的试样,试 样分别编号。
               
    2)在CYD128中按表2中加入配比量的D400和D200 混合固化剂,混合均匀后浇入预先涂覆脱模剂模具中,在室温 下凝胶后,于60℃下进行固化,固化制度为60℃/2 h+ 100℃/2 h,待固化完成后,脱模,制作测试所需要的试样,试 样分别编号。
               
    3)将CYD128与XY678按配比表3进行均匀混合,再加 入配比量的D400和D2000混合固化剂,混合均匀后浇入预 先涂覆脱模剂模具中,在室温下凝胶后,于60℃下进行固化, 固化制度为60℃/2 h+100℃/2 h,待固化完成后,脱模,制 作测试所需要的试样,试样分别编号。
                  
    3)将CYD128与XY678按配比表3进行均匀混合,再加 入配比量的D400和D2000混合固化剂,混合均匀后浇入预 先涂覆脱模剂模具中,在室温下凝胶后,于60℃下进行固化, 固化制度为60℃/2 h+100℃/2 h,待固化完成后,脱模,制 作测试所需要的试样,试样分别编号。
    1.3　动态力学性能分析
    动态力学分析(DMA)由美国PE公司Pyris Diamond DMA进行测试,试样尺寸为50 mm×10 mm×2 mm;测试采 用弯曲模式,测试频率为1 Hz,扫描温度范围为-30~80℃, 升温速率为2℃/min。
    2　结果与讨论
    作者用DMA表征材料的阻尼性能。损耗因子tanδ为E″与E′之比,通常用tanδ>0.3对应的温度范 围表示阻尼材料的有效阻尼温度区域,tanδ值越大,tanδ>0.3的温度范围越大,材料的阻尼能力越大。由 于聚合物在Tg附近,材料的模量等物理性能发生突变,从动态力学测试可得到Tg,一般将tanδ峰值温度 作为该频率下的Tg[8]。
    2.1　XY678含量对固化体系的阻尼性能的影响
    使用DMA测定D400固化CYD128/XY678混合体系的阻尼性能,损耗因子-温度谱见图1。为更清楚 的显示阻尼效果,仅显示了tanδ大于0.3的部分。从图1中可见,随着固化体系中XY678含量的增加,体 系的阻尼性能也发生了变化,主要表现为只出现一个损耗峰,损耗峰的高度降低,峰值对应的温度降低,而宽 度增加。单一的力学损耗峰说明复合体系的微观结构是均相的,没有发生相分离。当固化体系中不含 XY678时损耗因子最大为1.31,当XY678含量逐步增加到50%时损耗因子随之减小到1.13,同时玻璃化 转变温度也从53.7℃降低到12.5℃,有效阻尼温度范围从18.8℃增加到27℃。
    这是因为XY678为脂肪族链段,不含刚性基团,比CYD128柔顺性好,从而增加了固化体系网络的柔顺 性,使得在较低的温度下,分子链段就开始运动,因而使玻璃化转变温度降低,并且使分子链段运动的温度范 围增大,表现出损耗峰的有效宽度增加。但由于分子量较小,分子链长度较短,加入到CYD128固化体系中 后使得体系的交联密度增加,引起损耗因子的降低。
    2.2　D2000含量对固化体系的阻尼性能的影响
    使用DMA测定混合固化剂D400/D2000固化CYD128体系的阻尼性能,损耗因子-温度谱见图2,仅显 示了tanδ大于0.3的部分。从图2中可见,随着固化体系中D2000含量的增加,损耗峰升高,宽度稍有增 加,玻璃化转变温度Tg降低。当固化体系中不含D2000时损耗因子最小为1.31,当D2000含量逐步增加 到15%时损耗因子随之增大到1.65,同时有效阻尼温度范围从18.8℃增加到23.5℃,玻璃化转变温度也 从53.7℃降低到12.5℃。
               
               
    这是由于D2000为长分子链柔性固化剂,体系中D2000含量的增加,使固化物网络的交联密度降低,分 子链段的运动能力增强,固化物表现出更多的粘性,因而阻尼性能提高,同时一定范围内可使玻璃化转变温 度降低。长分子链D2000存在于固化物网络之间,与固化物网络缠结在一起,使分子间相互运动的阻力增 大,当树脂固化物网络发生相对滑移运动时,因分子间的摩擦而耗散能量,提高阻尼效果,同时使玻璃化转变 温度降低。因其与固化物网络相容性好,且长链结构的纠结能力更强,所以能获得更高的阻尼性能,并且使 损耗峰的宽度增加。
    2.3　环氧树脂阻尼性能综合分析
    XY678的加入降低 固化物体系的损耗因子 但可以提高有效温度范 围,D2000的加入可以提 高固化物体系的损耗因 子,也能稍微提高有效温 度范围。为此通过混和 固化剂D400/D2000固化 环氧树脂体系CYD128XY678来获得损耗因子和有效温度范围都较高的阻尼材料。用DMA测定其阻尼性能,XY678含量对阻尼 性能的影响规律见图3和图4。
                
                
    从图3中可以看出在D2000含量相同的情况下,体系的损耗因子随XY678的含量的增加先稍有增加后 降低。这是因为XY678对固化网络的影响表现在2个方面,一方面增加了固化网络的柔顺性,另一方面提 高了体系的交联密度。这2方面对固化体系的损耗因子影响是相反的。可以通过控制混合固化体系中 XY678的含量,在交联密度增加不太明显的情况下,增加体系的柔顺性,从而获得高阻尼因子的环氧类材 料。当XY678含量相同时,D2000的加入量从5%到10%时体系的阻尼因子有所提高,D2000可使材料的 阻尼性能提高,这是由于D2000为长分子链柔性固化剂,分子链段的运动能力增强,固化物表现出更多的粘 性,因而可提高阻尼性能。但加入量到达15%时阻尼因子降低,由于D2000加入量过多,使得体系中分子链 的运动空间大,分子间的摩擦减小,耗散的能量小,降低阻尼效果。适当调整D2000的加入量,也能提高材 料的阻尼因子。
    从图4中可以看出在D2000含量相同的情况下,体系的有效阻尼范围随XY678的含量的增加而增加, 由于XY678柔顺性好,加入到固化体系中增加了固化体系网络的柔顺性,使分子链段运动的温度范围增大, 则损耗峰的有效宽度增加。当XY678含量相同时,体系的有效阻尼范围随D2000的含量的增加而增加, D2000为柔性固化剂,可提高固化体系网络的柔顺性,从而使固化体系的有效阻尼温度范围增加。 从图3和图4综合可以看出当XY678含量为30%,D2000含量为10%时(即试样C2)固化体系的阻尼 性能相对最好,阻尼因子最大为1.43,有效温度范围为27.3℃,玻璃化转变温度为26.7℃,在14.22~ 41.52℃范围内均有较高的阻尼性能。通过调整XY678和D2000的含量,增加固化体系中柔性链段的含 量,有助于获得常温下具有宽温度范围的环氧类阻尼材料。
    3　结　论
    在环氧树脂CYD128体系中引入小分子稀释剂XY678,采用固化剂D400/D2000共混的方法,提高固化 体系的柔顺性,从而获得高阻尼宽温域阻尼材料。
    a.XY678含量的增加对体系损耗因子的影响不显著,阻尼性能稍有降低,但玻璃化转变温度降低,有效 阻尼范围增加。随着D2000含量的增加,固化物的损耗峰逐渐向低温移动,同时损耗峰的高度和宽度增加, 但D2000过量影响损耗因子,可以在损耗因子满足的条件下,其用量来调节复合材料的阻尼温度范围。    
    b.D400/D2000混合固化剂固化CYD128与XY678环氧树脂混合体系的最大损耗因子达到了1.43,阻 尼温度范围提高到27.3℃,玻璃化转变温度为26.7℃,且在14.22~41.52℃范围内均有较高的阻尼性能。
参考文献
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