1 引 言
環氧樹脂是一種熱 固性樹脂,自 1930年問世,1947年美國實現工業化生產以來,至今已有50多年歷史了。由于環氧樹脂具有優異的力學性能,良好的 化學穩定性、電氣絕緣性、耐腐蝕性,因而廣泛應用于 涂料、膠粘劑、電子電氣、水利交通和航空航天等各個領域。但隨著相關產業技術水乎的提高,對環氧樹脂固化物的耐酸性以及耐熱性提出了更高的要求。 有關環氧樹脂的耐熱性以及耐腐蝕性改性的研究都有報導,但cnfrp.net二者兼顧 的研究卻很少。本文用丙烯酸改性酚醛環氧樹脂,用 DDSA對其進行增韌,經過配方的設計篩選 ,開發出了一種耐酸性、耐熱性以及工藝性都較好的樹脂基體,它可以滿足耐酸性玻cnfrp.net璃鋼絕緣芯棒用樹脂基體的要求,并通過 FT-IR對 合成物進行了分析 ,通過 DSC及凝膠化時間對固化過程進行了研究。對澆鑄體耐酸性 、機電性能以及 對用此樹脂基體制成的玻璃鋼芯棒性能的測試.發 現其各項性能均符合要求。
2 實 驗
2.1 原材料
環氧樹脂:苯酚甲醛環氧樹脂(F-44),環氧值 0.40,無錫樹脂廠生產;丙烯酸:北京東方化工廠生產;固化劑 :甲基六氫苯酐(MeHHPA),嘉必聯興化工新材料有 限公 司生產 ;引發劑 :過氧化二苯甲酰(BPO),化學試劑;促進劑;DMlL3O的羧酸復鹽,分子量 465,簡稱 R3N,HA;阻聚劑 :對苯二 酚化學試 劑;增韌劑 :十二烯基丁酸酐(DDSA),相對分子質肇 266,沸點 180~182℃(666Pa)。
2.2 試樣的制備
(1)改性環氧樹脂的制備
在一三 口燒瓶 中加入一定量的酚醛環氧樹脂和 對苯二酚,充氮氣保護并攪拌升溫cnfrp.net,使體系控制在所需要的溫度,充分攪拌下,將一定比例的丙烯酸和促 進劑的混合物逐漸滴加到體系中,滴加速度以體系 溫度不著上升為宜,滴完后繼續反應至終點。加 入約反應物總量3倍的溫水攪拌洗滌 1O分鐘,靜囂 分層,清出水層,反復3次,抽真空脫水cnfrp.net后,放人真空 烘箱中(溫度控制在60℃以下 )干燥一晝夜 。
(2)澆鑄體的制備
將改性的樹脂加熱,加入一定量的引發劑、固化劑、增韌劑以及促進劑等制成膠液,將此膠液澆鑄到 事先預熱到90'I2的模具中,放人真空干燥箱中,按照 9o℃/3h+150℃/3h+180℃/3h條件固化,冷卻至室溫,清模加工到規定尺寸備用。
2.3 儀器分析與性能測試
耐化學性能按 GB3857--87進行;質量變化率按 GB1446--88進行;酸值測定 :按 GB/T2B95--82進 行;巴柯硬度:按 GB3854--83進行;凝膠化時間:采 用英國進 121自動控溫凝膠時間測定儀用熱板測定; DSC:采用 PF-IR-1700 示差掃描量熱儀測試;熱變形溫度:按 GB/1634--79在國產 Rw-3型熱變形 溫度測試儀 中測試;FFT-IR:采用 PE-IR-1700型傅立葉紅外光潛儀測試;力學性能和電氣性能:按 IEc一11O9—92標準進行測試。
3 結果與討論
3.1 樹脂基體配方設計
由于用丙烯酸改性的環氧樹脂僅在末端含有酯 基和不飽和雙鍵。主鏈是環氧樹脂,這與雙酚 A聚 酯不同,它不禽有多個重復的酯基和雙鍵。由于酯鍵濃度減少,就不易被介質侵蝕,即使兩端酯鍵被破壞,分子鏈易斷裂,樹脂的耐腐蝕性優異[41 因此, 本文用丙烯酸對酚醛環氧樹脂進行改性.當量比為 0:3:1,使部分環氧基團轉化為乙烯基酯基。這樣政性后的樹脂不但具有酚醛環氧樹脂良好的耐熱性,優異的力學性能以及 電絕緣性能 ,還具有不飽和聚酯樹脂 良好的工藝特性,耐化學腐蝕性能優異。佩和大多數的熱固性樹脂一樣,改性后的樹脂具有足夠的剛度,卻存在性脆的問題。因此.我們用 DDSA對其增韌。它既是一種增韌劑又是一種環氧樹脂固 化劑,增韌效果很好。由于其固化物熱變形溫度低, 故用最不宜太多。
3.1.I 合成反應溫度的確定
本實驗在催化劑存在下,環氧基與羧基當量比 為 1:0:3,從80-120℃進行了實驗,結果列于表 1
由表 1可以看出,隨著溫度升高,反應速度明顯地加快。因為溫度升高,一方面分子的碰撞幾率增大,另一方面體系的粘度下降,有利于分子的接觸和碰撞 ,從而反應速度加快,故要提高反應的速度應盡可能地升高反應溫度。但若將反應溫度cnfrp.net升得過高,則會產生凝膠,反應溫度以 120℃為宜。
3.1.2 催化劑用量的穩 定
本實驗以 DMP_3O的羧酸復鹽為催化劑,反應 時間為 3h,用量從 0.10% ~0 35%實驗結果列于表 2。由表 2可以看出,隨著催化劑用量的增加 ,反應 速度明顯加快,一定時間內轉化率顯著提高,當催化 劑用量到 0.25%時,轉化率達到 94.7%,再增加催 化劑用量,轉化率增加不明顯。岡此,確定催化劑用 量為 0.25~0.35%,反應時間為 3h。
圖 1中 (a)是 酚醛 環 氧樹 脂 的紅 外 潛 圖 910era 處是環氧基的特征吸收峰,1030cm 是醚瞧 的吸收峰。圖 1中(b)是丙烯酸政性后樹脂的潛圖。 在 1705cm 附近是酚醛環氧丙烯酸酯的羰基吸收峰 1640cm 處是雙鍵 的特征吸收峰。由于丙烯酸僅與部分酚 醛環氧基發 生開環反應 ,故 9lOom 處環氧基特征吸收峰并沒有消失,3450em 附近開環生成的羥基吸收帶加寬。