E-44环氧树脂固化物的力学性能影响因素研究

魏江雄

摘 要：基于环氧树脂/聚酰胺体系的固化反应机理，通过实验研究了E-44环氧树脂固化物的力学性能随650聚酰胺树脂的添加量、固化条件的变化规律。弯曲强度和拉伸剪切强度试验结果表明：在同一固化条件下，随着“650”聚酰胺含量的增加，固化物的力學性能随之增加;在温度60 ℃时固化物的力学性能优于温度25 ℃时固化物的力学性能。

关键词：650聚酰胺树脂;E44环氧树脂;力学性能;添加量

中图分类号：TQ323.5       文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0023-04

Study on Influencing Factors of mechanical properties of E-44 epoxy resin cured product

WEI Jiangxiong

（Lingyun Technology Group Co.，Ltd.，Dangyang 444100，Hubei China）

Abstract：Based on the curing reaction mechanism of epoxy resin/polyamide system，the change rule of mechanical properties of E-44 epoxy resin cured product with the addition amount of 650 polyamide resin and curing conditions was studied through experiments.The test results of flexural strength and tensile shear strength showed that：under the same curing conditions，with the increase of 650 polyamide content，the mechanical properties of the cured product increase;the mechanical properties of the cured product at a temperature of 60 ℃ are better than those at a temperature of 25 ℃.

Key words：650 polyamide resin;E-44 epoxy resin;mechanical properties;addition amount

E-44环氧树脂是一种重要的热固性环氧树脂，其具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热及粘接性能。其易于与辅助材料混合，方便成型加工，固化后尺寸稳定性好，收缩率小，粘接性能优异，电绝缘性能、机械性能和化学稳定性好，用它配制的环氧树脂胶粘剂可广泛用于化工、轻工、水利、胶条、机械、电子、航空维修领域，用作浇注、灌注、密封、浸渍、层压制件、粘合和表面防腐之用[1]。

低分子聚酰胺树脂作为环氧树脂的固化剂已有多年的历史，其中较为常见的是低分子650聚酰胺树脂（下文简称“650”），其添加量和固化条件对环氧树脂固化物的影响大。本文选用6种不同的“650”添加量和2种不同的固化条件，来研究不同环氧树脂固化物的力学性能随“650”添加量、固化条件的变化规律。

关于环氧树脂/聚酰胺体系的固化反应机理，有学者曾用差示扫描量热法（DSC）和红外光谱法做过研究，结果表明，固化反应包括3个反应：第1个反应发生在室温下，是聚酰胺中伯胺和仲胺上的氢和环氧基的反应;第2个反应发生在温度70 ℃左右，为聚酰胺和羟基的交换反应，这一反应形成的胺上的氢仍能与环氧基起加成反应;第3个反应发生在温度100 ℃以上，也是酰胺基与羟基的反应，但反应过程尚不明确[2]。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

E-44（6101）环氧树脂（岳阳石油化工总厂岳华有机化工厂），环氧值（0.41～0.47）当量/100 g;软化点：12～20 ℃;

“650”低分子聚酰胺树脂（宜春翔宇胶粘剂有限公司）;

LY12CZ铝板（东北轻合金有限责任公司）：1.5 mm×100 mm×25 mm;

烘箱（芜湖市金永生电气有限公司）;

拉力试验机：CMT4104型电子万能试验机。

1.2 试样制备

弯曲强度试样的制备：将E-44环氧树脂与固化剂“650”按表1规定量混合均匀后注入图1（a）所示的模具内，在规定环境温度条件下固化。参照GB/T 2567—2021《树脂浇铸体性能试验方法》将固化后的环氧树脂浇注体加工成图1（b）所示的尺寸为15 mm×5 mm×150 mm的长条形试样，每组配比的试样各制作5件，用于测试弯曲强度性能。

拉伸剪切强度试样的制备：将E-44环氧树脂与固化剂“650”按照按表1规定量混合均匀后按照GB/T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》制作胶接试样，每组配比的试样各制作5件，在规定环境温度条件下固化。被粘接材料为LY12CZ δ1.5 mm，粘接面积为（12.5×25）mm2，粘接试样表面预先磷酸阳极化处理。

E-44环氧树脂和“650”的组成及固化条件如表1所示。

1.3 弯曲强度性能测试

参照GB/T 2567—2021《树脂浇铸体性能试验方法》，采用CMT4104型电子万能试验机在室温条件下测试弯曲强度试样的弯曲强度性能，如图2所示，试验速率5 mm/min。每组5个试样，结果取平均值。

1.4 拉伸强度性能测试

按照GB/T 7124—2008 《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》，采用CMT4104型电子万能试验机在室温条件下测试弯曲强度试样的弯曲强度性能，拉伸速率5 mm/min。每組5个试样，结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 “650”添加量及固化条件对E-44环氧树脂弯曲强度的影响

为了研究“650”添加量和固化条件对E-44环氧树脂弯曲强度的影响，将不同添加量的浇注体试样分别在25 ℃、7 d和60 ℃、8 h条件下固化，测量试样的弯曲强度。图3（a）是在温度25 ℃下不同配比试样的弯曲强度变化曲线;图3（b）是在温度60 ℃条件下不同配比试样的弯曲强度变化曲线。从图3（a）可看出，在温度25、60 ℃固化条件下，随着“650”添加量的增加，弯曲强度呈正相关。当环氧树脂与“650”的质量比为10∶9时，弯曲强度达到最大值115.8 MPa，进一步提高“650”的质量比，弯曲强度呈现出降低趋势;这是因为室温环境下，随着“650”添加量的增加，环氧树脂固化后的交联密度升高，使得固化后的环氧树脂弯曲强度增加[3]。当“650”添加量相同时，在温度60 ℃条件下的弯曲强度明显比在温度25 ℃的条件下弯曲强度要高21.5%～60.5%;这是因为在温度25 ℃条件下，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氢和环氧基未充分反应，产物的交联密度较低，因此弯曲强度不如在温度60 ℃条件下的环氧树脂固化物。研究还发现随着“650”添加量的增大，二者的弯曲强度差值也越大，这说明在固化剂添加量不足的情况下，只要提高固化温度，使聚酰胺中伯胺和仲胺上的氢和环氧基的加成反应充分，仍然可以获得较高交联密度的树脂。

实验过程中还发现“650”含量较少时，制备的试样在进行试验时试样仅发生韧性变形，未出现脆性断裂现象;随着“650”含量的增加，试样逐渐由韧性变形转向脆性断裂。这是由于“650”含量较低时，交联反应未完全发生，固化物交联密度小，试样的韧性较大，试验过程中试样表现出韧性弯曲特征;随着“650”含量的增加，固化过程中的交联反应程度越高，固化物交联密度大，试样韧性降低，弯曲强度增加，试验过程中试样呈现脆性断裂特征。

2.2 “650”添加量及固化条件对E-44环氧树脂拉伸剪切强度的影响

图4（a）是在温度25 ℃条件下不同配比试样的拉伸剪切强度变化曲线;图4（b）是在温度60 ℃条件下不同配比试样的拉伸剪切强度变化曲线。

由图4（a）可看出，随着“650”质量比的增加，在温度25、60 ℃条件下的拉伸剪切强度均升高。在温度25 ℃条件下，“650”添加量在80 g时，试样的拉伸剪切强度为19.8 MPa，达到较高的剪切强度;当“650”添加量继续增加时，对拉伸剪切强度的影响作用不大。这是由于在温度25 ℃条件下，当“650”添加量为80 g时，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氢和环氧基反应已达到饱和状态，增加“650”添加量，对氢和环氧基的结合能力改善不明显，固化物的交联密度变化不大，拉伸剪切强度基本不变;随着“650”的继续添加，未与环氧基结合的聚酰胺嵌段在环氧分子结构中，导致粘接剂的内聚力下降，表现为弯曲强度的下降。

在温度60 ℃条件下，试样的拉伸剪切强度随着“650”添加量的增加而增大。当“650”添加量在相同的情况下，60 ℃固化试样的拉伸剪切强度普遍优于室温固化试样的拉伸剪切强度;25 ℃固化7 d的剪切强度未达到最高值，这是由于常温下固化7 d，聚酰胺中伯胺和仲胺上的氢和环氧基未充分反应，产物的交联密度较低。随着温度升高，聚酰胺与羟基发生交换反应，这一反应形成的胺上的氢仍能与环氧基起加成反应，促进交联反应的充分发生，固化物的交联密度大，达到较高的剪切强度和弯曲强度。

3 结语

（1）环氧/聚酰胺树脂在温度60 ℃固化条件下弯曲强度随着“650”添加量的增加而增大。室温固化条件下弯曲强度先随着“650”添加量的增加而增大，在“650”达到90 g时，弯曲强度最大值为115.8 MPa。当继续添加“650”时，环氧/聚酰胺树脂的弯曲强度出现下降趋势;

（2）环氧/聚酰胺树脂在温度60 ℃固化条件下拉伸剪切强度均随着“650”添加量的增加而增大。室温固化条件下随着“650”添加量的增加，拉伸剪切强度在“650”达到80 g时拉伸剪切强度达到19.8 MPa，继续添加“650”时，环氧/聚酰胺树脂的拉伸剪切强度无明显提高;

（3）在温度25 ℃，固化7 d条件下，还剩余一定量的环氧基未参与反应。在温度60 ℃，固化8 h条件下，胶粘剂基本固化完全，达到较高的剪切强度和弯曲强度。

【参考文献】

[1]于文东，段五华，张成群，等.E-44环氧树脂胶液的净化[J].化学工业与工程，2002，19（1）：26-31.

[2] 兰立文，季铁正，周军辉，等.环氧树脂/低分子聚酰胺体系的固化反应特征及胶接强度[J].粘接，1986，7（1）：1-4.

[3] 赵培仲，王一峰，余周辉，等.光固化E44/CER复配树脂基复合材料的力学性能[J].粘接，2018，39（5）：44-46.