凌辉  宁荣昌  齐大伟  张杰

(西北工业大学应用化学系，陕西西安710072)

摘要：采用不同环氧树脂(〔P)固化剂，并对固化物吸水率及吸水后的力学性能变化情况进行了研 究。实验结果表明，新酸醉固化印体系的平衡吸水率最小(0.95%)，当达到吸水平衡时，弯曲强度和模- 保持率分别为91%和%%左右，冲击强度略有下降，热变形温度下降10℃;新型酸醉固化印体系是综合 性能优良的耐水印基体。

关健词：固化剂;吸水率;弯曲强度;冲击强度;热变形温度

中图分类号：TQ433.437 文献标识码:A 文章编号:1004-2849(2009)02-0025一03

0 前言

随着科技的日新月异，环氧树脂(EP)的应用领 域不断扩大，作为水下(尤其在海水中)使用的复合 材料树脂基体，除了应具有优良的力学性能外，还 必须具有良好的耐水性和理想的阻尼特性。EP作 为广泛使用的树脂基体，具有力学性能优异、不受 弱酸弱碱影响、热膨胀系数小且与纤维具有良好的 粘接性能等优点。本文分析和探讨了EP的吸湿性 及力学性能的变化行为，为EP应用于水下环境提供可靠依据。

1.实验部分

1.1实验原料

环氧树脂(0164)，工业级，无锡树脂厂;新型酸 醉型固化剂(W)，分析纯，自制;间二甲苯二胺 (MDXA)，分析纯，长沙化工研究所;2，4，6一三(二甲 胺基甲基)苯酚(DMP一30)，分析纯，西安化学试剂 厂;2一乙基碑一甲基咪哇(2，4一EMI)，分析纯，天津化 学试剂有限公司。

1.2实验制备

按照配方(见表1)，将EP分别与三种固化剂混 合搅拌均匀，然后抽真空去除气泡，并浇人已预热且 涂有脱模剂的模具中;在烘箱中按照相关固化工艺 进行固化，随后自然冷却至室温，脱模。

1.3实验仪器

FAI仪峙型电子天平，上海良平仪器仪表有限公 司;CMT57204型万能实验机、ZBC一型冲击试验 机，深圳新三思材料检测有限公司;热变形温度仪， 自制。

1.4性能测试

吸水率，按照GB厅1304一1998标准，采用电子 天平进行测定(为了加快吸水平衡过程，将水温从室 温升至50℃，每间隔规定时间抽样测定吸水率、弯 曲强度和冲击强度);弯曲性能，按照GB厅2570- 1995标准，采用万能实验机进行测定;冲击强度，按 照GB厅2571一1995标准，采用冲击试验机进行测 定;热变形温度，按照GB1634一1979标准，采用热 变形温度仪进行测定(弯曲应力为1.82MPa，升温速 率为2℃/min)。

2.结果与讨论

2.1不同固化剂对固化物吸水率的影晌

本实验选用加成聚合型酸配固化剂W、胺类固化剂MDXA和催化型固化剂DMP一30，不同固化剂 对固化物吸水率的影响如图1所示。

由图1可知，固化物在蒸馏水中的吸水率随浸 泡时间的增加而增大，吸水率在浸泡初期变化最明 显，并且W固化物的平衡吸水率小于MDXA和 DMP–30固化物。

有关研究表明[1一2]，EP的吸水速率和平衡吸水量主要由极性基团浓度和自由体积决定，并且极性基团浓度占主导地位。极性基团含量越大或自由体积越大，初期吸水速率就越快，平衡吸水量也就越大。

W与EP进行开环加成聚合，体系自由体积较小，另外除EP自带的极性基团外，在固化过程中不 产生其他极性基团，所以固化物的吸水率较低。而MDXA具有4个活泼氢，与EP反应时可以产生大量极性经基，并且在交联网络分子结构中还含有叔胺基和少量未完全反应的伯胺和仲胺基等极性官能 团131，故固化物吸水率较大。DMP一30体系固化物是 环氧树脂本体聚合物，固化过程中不产生极性基团， 但固化后，作为小分子的DMP一30部分残留在固化物中，使得固化物吸水率增大l4l;另外，每个DMP一30 分子中含有3个氮原子，氮原子能与水分子形成氢键，这也是固化物吸水率增大的一个重要原因。

2.2漫泡时间对育曲强度和模.的影响

浸泡时间对弯曲强度、弯曲模量的影响如图2、 图3所示。由图2可知，浸泡过程使材料的弯曲强度有不同程度的下降l习，且下降过程呈现出相似的规律，即在浸泡初期弯曲强度随时间的延长而急剧下降，4d后弯曲强度有小幅度上升，然后又继续降低 至平衡。当达到吸水平衡时，W体系弯曲强度下降了8.5%，DMP一30体系下降了12.2%，MDXA体系下降了15.3%。

由图3可知，固化物的弯曲模量在浸泡过程中 也有不同程度的下降，下降过程与弯曲强度近似;当 达到吸水平衡时，W体系弯曲模量下降了1.3%， DMP一30体系下降了3.4%，MDXA体系下降T 6.2%。固化物吸水后弯曲强度和模量的变化与固化物吸水率的变化是一致的:即W体系极性基团含量最少，吸水率最小，故吸水后对材料的弯曲强度和模量影响最小;而MDXA体系和DMP一30体系中极性基团含量和自由体积较大，吸水率大，故吸水后材料的弯曲强度和模量明显下降。

2.3 漫泡时间对冲击强度的影响

浸泡时间对冲击强度的影响如图4所示。由图4可知，浸泡时间对固化物冲击强度的影响较为复杂，这与固化剂化学结构、固化反应机理及固化物交联结构不同有关。总体来说，与未用水浸泡时相比，W体系和DMP一30体系的冲击强度有不同程度的降低，而MDXA体系略有增加。

2.4 吸水前后对固化物耐热性能的影响

通常，EP基体分子结构中含有大量经基、胺基 等极性亲水基团，故树脂基体的吸湿性强、吸湿率 高，由其制取的复合材料在湿热条件下的性能显著 下降网。固化物吸水前后热变形温度的变化情况如 表2所示。

由表2可知，三种固化物在达到吸水平衡后的 热变形温度稍有降低，均为ro℃左右，固化剂对平 衡吸水时的热变形温度影响不大，所以该EP是一 种耐湿热性较好的树脂基体。

3.结论

(l)固化剂的结构和固化机理会影响固化物的吸水率。新型酸配固化体系的平衡吸水率最小，DMP一30固化体系次之，MDXA固化体系平衡吸水率最高。

(2)固化物的弯曲强度和模量随浸泡时间的延长而逐渐下降;当达到吸水平衡时，新型酸配固化体 系的弯曲强度和模量降幅最小(分别下降了8.5%和 1.3%)，其次是DMP一30体系(分别下降了12.2%和 3.4%)，MDXA体系降幅最大(分别下降了15.3%和 6.2%)。

(3)当达到吸水平衡时，新型酸醉固化体系和 DMP一30体系的冲击强度有所下降，而MDXA体系 却略有增加。

(4)三种固化物的热变形温度在达到吸水平衡时，均下降了10℃左右。

(5)新型酸醉固化EP体系是综合性能优良的耐水EP基体。

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