谢海安  王伟

(武汉理工大学材料学院，湖北武汉430070)

摘要：用聚乙二醇和甲苯-2，4．二异氰酸酯(TDI)为原料合成了端基为羟基的聚氨酯低聚物，并用其改性环氧树脂。研究了聚氨酯含量、不同原料配比、不同分子量的聚乙二醇对环氧树脂的力学性能的影响。结果表明，添加了

12％端羟基聚氨酯低聚物的环氧树脂比未改性的环氧树脂的拉伸强度和冲击强度分别提高了126％和192％ ，对环氧树脂有良好的增韧、增强效果。并用扫描电镜(SEM)观察了冲击断面的形貌。

关键词：改性环氧树脂；聚氨酯；低聚物

中图分类号：O 621．3 文献标识码：A 文章编号：1671—3206(2007)08一o779—03

环氧树脂(EP)是一类重要的热固性树脂，由于EP易于加工成型，固化物具有优异的粘结性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能，以及收缩率低，易加工成型及成本低廉等优点，在胶粘剂、涂料、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用。但单纯的环氧树脂固化后，交联密度高，存在内应力大、质地硬脆，耐开裂性、抗冲击性、耐湿热性差等缺点，在很大程度上限制了它在某

些高技术领域的应用。于是，EP的增韧工作成为研究的热点引。

聚氨酯(PU)是一类常用的高分子材料，以甲苯_2，4一二异氰酸(TDI)和二醇类为原料合成，结构中既有柔性的C—C链和C—O—C链，又有活性的酰胺基团，与环氧树脂相容性好 j。改性后的EP强度和韧性都得到提高，特别适用于环氧浇注、环氧涂料等方面，具有良好的应用前景。

1 实验部分

1．1 试剂与仪器

环氧树脂E-51，工业品；N，Ⅳ．二甲基苄胺、甲苯-2，4一二异氰酸酯(TDI)、聚乙二醇均为化学纯。

WICOLET60傅立叶变换红外光谱仪；XJJ-5型简支梁式冲击试验机；RT-5型万能拉伸试验机；JSM一5600型扫描电子显微镜。

1．2 聚氨酯低聚物的制备

将一定比例的TDI与聚乙二醇试剂混合加人反应器中，在一定温度下反应。当反应进行到一定阶段后，粘度变大，反应液呈澄清透明状，即为制得的聚氨酯低聚物。

1．3 聚氨酯改性环氧树脂的制备

将一定量的EP、上述PU低聚物、^r，Ⅳ．二甲基苄胺加入反应器中，搅拌均匀后倒人预热的模具中，在5O℃下凝胶化1 h，然后程序升温至8O℃ ，固化1 h。脱模后试样条室温下放置3 d。

1．4 性能检测

1．4．1 拉伸强度按GB／T 15421-1996检测。

1．4．2 冲击强度按GB／T 1542O一1996检测。

2 结果与讨论

2．1 聚氨酯预聚物的红外光谱分析

PU预聚物红外光谱图见图1。

由图1可知，在PU预聚体中，3 474 cm 左右是NH的振动吸收峰，3 300 cm 左右处的吸收峰是羟基与异氰酸酯基反应生成的N—H峰，2 920 cm左右是-OH的振动峰，而异氰酸酯基一NCO的特征峰2268 cm 左右处消失，1 730 cm 左右处峰为氨酯键中羰基特征峰，同时在1 387～1 607 cm 的一组峰为TDI中苯环的特征峰。由此可见，预聚体中既含氨基甲酸酯键，又含一OH基，说明聚醚二元醇与TDI两端的异氰酸酯基发生了反应，生成主要产物是端羟基聚氨酯预聚体，而不是线型PU大分子 。

2．2 聚氨酯含量对环氧树脂力学性能的影响

图2、图3为EP／PU体系中分子量为200的聚乙二醇与TDI摩尔比为2：1时，不同端羟基聚氨酯低聚物含量对改性EP力学性能的影响。

由图2、图3可知，随着PU加入量的增加，EP的拉伸强度和冲击强度逐渐增大，在PU含量达到12％时，改性EP的拉伸强度和冲击强度出现最大值，分别从原来的55．6 MPa和8．7 kJ／m 分别增加到70．43 MPa和l6．71 kJ／m ，相应分别提高了126％ 和192％ 。而当PU的加入量超过12％后，EP的力学性能逐渐下降。这是因为当含量不大时，PU能以分子水平或准分子水平均匀分散于EP基体中，形成分子复合材料，对基体起到增强作用，又能阻止裂纹扩展而增加基体的韧性。当PU含量增大时，产生相分离，对EP的力学性能产生负面影响，从而使力学强度下降 J。

2．3 聚乙二醇分子量环氧树脂力学性能的影响

不同分子量的聚乙二醇制成的PU低聚物对EP增韧与增强的影响见表1。

由表1可知，随着PU中聚乙二醇分子量的增加，改性EP的拉伸性能、冲击性能都下降。

2．4 聚氨酯原料配比环氧树脂力学性能的影响

PU不同原料配比对改性EP性能的影响见表2。

由表2可知，当TDI：聚乙二醇(摩尔比)=1：1．5时，拉伸、冲击强度最佳，这是因为PU中的酰胺基团中存在着较多的极性的羰基和活泼的仲胺氢原子，可以与EP中的环氧基团开环交联，产生较多的交联点，使PU的柔性链与EP以化学键结合，同时羰基与EP中的羟基形成分子问氢键，这样就达到了既增韧又增强的目的。

2．5 SEM 分析

图4是PU加入量为12％时，改性EP冲击断面SEM照片。从复合材料的电镜照片中可以看出，PU中的软段已经在基体EP中发生微相分离形成了软段聚集体作为分散相分布在基体中，这些软段聚集体在材料受到冲击时，一方面易引发周围基体EP产生微裂纹，吸收冲击能量并能使微裂纹扩展受阻和钝化；另一方面软段聚集体自身屈服形变也能吸收冲击能，从而提高EP的韧性。

3 结论

(1)在EP体系中引入Pu改性剂，不仅能增韧EP，还能增强EP。

(2)PU不同原料配比、不同分子量对改性EP力学性能有较大的影响。聚乙二醇分子量为200，原料配比为1：1．5时，得到的改性EP性能最优。

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