乒乓球拍用胶粘剂的制备与力学性能研究

韩坤霖

(陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

乒乓球被称为中国的“国球”，是一种世界流行的球类体育项目，在国内以及国际上都受到各类体育爱好者的普遍关注和喜爱。乒乓球拍作为进行乒乓球运动的关键设备之一，在很大程度上其质量将决定比赛水平和运动效果；在制备乒乓球拍的过程中，最为关键的因素之一是异种材料的粘接性能。传统地采用有机溶剂制备的胶粘剂虽然具有较好的粘接效果；但是存在环境污染以及长时间使用对身体有害等负面效果。而采用粉状环氧树脂胶粘剂可以很好地解决这一问题，且粉状环氧树脂胶粘剂还具有运输方便、自动化生产便捷等优点。目前国内对粉状环氧树脂的研究较少，具体促进剂种类等对环氧树脂胶粘剂的作用机理仍然不清楚。本文拟以2-甲基咪唑为促进剂，考察其添加量对环氧树脂胶粘剂微观结构和力学性能的影响，有助于无污染、高性能乒乓球拍用胶粘剂的开发与应用。

1 试验材料与方法

E-20型双酚A型环氧树脂，青岛百辰新材料科技有限公司；六次甲基四胺(HMTA)(化学纯)，南京化学试剂股份有限公司提供；2-甲基咪唑(2-MI)(化学纯)，武汉吉业升化工有限公司提供。

将质量比100∶8∶(=0～1)的E-20、HMTA和2-MI充分混合后制成混合粉末，之后置于预热好的金属模具中，通过改变2-甲基咪唑质量分数来制备不同的环氧树脂胶粘剂混合粉末，其中=0时表示E-20/HMTA；然后在XH-406B型橡胶平板硫化机上进行热压固化，温度为128 ℃、压强为9.8 MPa、热压时间为8 min，脱模后得到环氧树脂胶粘剂样条。

采用荷兰Avantes红外光谱分析仪对胶粘剂试样进行红外光谱分析；采用TGA4000性热重分析仪对环氧树脂胶粘剂试样进行热稳定性分析。按照GB/T 1043.2—2018《塑料 简支梁冲击性能的测定》，在CX-BC-30B型摆锤式冲击试验机上进行冲击性能测试；室温拉伸性能测试按照GB/T 1040.2—2006 《塑料 拉伸性能的测定 第2部分:模塑和挤塑塑料的试验条件》，在MTS-810型液压万能试验机上进行，拉伸速率为1.5 mm/min，取5根试样平均值作为测试结果。

2 试验结果与分析

2.1 结构表征

如图1所示，分别列出了E-20、E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI环氧树脂胶粘剂的红外光谱图。

由图1可以看出，红外光谱图中929 cm位置对应环氧树脂胶粘剂的特征峰；1 047、1 192 cm位置处对应醚键伸缩振动峰；2 883、2 971、2 937和3 411 cm位置处分别对应—CH的伸缩振动峰、—CH的伸缩振动峰、—CH的伸缩振动峰、—OH的吸收峰。固化反应后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI环氧树脂胶粘剂在929 cm位置和3 411 cm位置处特征峰逐渐减弱，这主要是因为固化反应后环氧基团发生开环反应并形成了交联网状结构所致。

图1 环氧树脂胶粘剂的红外光谱图Fig.1 Infrared spectrum of epoxy resin adhesive

2.2 冲击性能

图2为不同2-甲基咪唑含量的环氧树脂胶粘剂的冲击性能。对比分析可知，随着2-甲基咪唑含量从0%增加至1%，环氧树脂胶粘剂的冲击强度呈现先增加后减小的趋势，在2-甲基咪唑含量为0.8%时取得冲击强度最大值，约为13.3 kJ/m。由此可见，环氧树脂胶粘剂中的2-甲基咪唑添加量并不是越多越好，适宜的添加量为0.8%；如果2-甲基咪唑含量较低则环氧树脂胶粘剂固化不完全，而如果2-甲基咪唑含量过高，固化反应速率过快会使得聚合反应后附着力降低，使得环氧树脂胶粘剂试样的冲击强度降低。

图2 不同2-甲基咪唑含量的环氧树脂胶粘剂的冲击性能Fig.2 Impact properties of epoxy resin adhesives with different 2-methylimidazole contents

2.3 拉伸性能

表1为不同2-甲基咪唑含量的环氧树脂胶粘剂试样的拉伸性能测试结果。对于未添加2-甲基咪唑的试样，拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量分别为42.56 MPa、2.72%和1 922.7 MPa；随着2-甲基咪唑含量增加，环氧树脂胶粘剂试样的拉伸强度和断裂伸长率先增加后减小，在2-甲基咪唑含量为0.8%时取得拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量最大值。此外，添加有2-甲基咪唑的环氧树脂胶粘剂试样的拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量都高于未添加2-甲基咪唑的试样，这也就说明2-甲基咪唑的添加有助于提升环氧树脂胶粘剂试样的拉伸性能，且当2-甲基咪唑含量为0.8%时具有最佳的拉伸性能。

表1 环氧树脂胶粘剂试样的拉伸性能Tab.1 Tensile Properties of epoxy resin adhesive samples

2.4 热重分析

图3为2-甲基咪唑质量分数分别为0%和0.8%的环氧树脂胶粘剂试样的TGA曲线。

(a)2-甲基咪唑质质量分数0%

从图3(a)的2-甲基咪唑质量分数为0%的环氧树脂胶粘剂试样的TGA曲线中可知，该试样的起始分解温度和最大失重率的温度分别为173.43 ℃和444.82 ℃，最后残炭量约为7.77%；

从图3(b)的2-甲基咪唑含量为0.8%的环氧树脂胶粘剂试样的TGA曲线中可知，该试样的起始分解温度和最大失重率的温度分别为185.28 ℃和454.57 ℃，最后残炭量约为4.66%。对比分析可知，相较于2-甲基咪唑质量分数0%的环氧树脂胶粘剂试样，在加入质量分数0.8%的2-甲基咪唑，环氧树脂胶粘剂试样的起始分解温度升高了11.85 ℃，最大失重率对应的温度上升了9.75 ℃，最后残炭量减少了3.11%。由此可见，在E-20/HMTA中添加0.8%的2-甲基咪唑可以提升环氧树脂胶粘剂试样的热稳定性。

2.5 分析与讨论

从不同2-甲基咪唑含量的环氧树脂胶粘剂的冲击性能测试结果可知，环氧树脂胶粘剂的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率都会随着2-甲基咪唑质量分数增大而先增厚减，在2-甲基咪唑质量分数为0.8%时取得冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率最大值，过高的2-甲基咪唑质量分数会使得环氧树脂胶粘剂的固化反应速率过快而降低聚合反应附着力，相应地冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率会减小。整体而言，在环氧树脂胶粘剂中添加一定质量分数的2-甲基咪唑的添加有助于提升环氧树脂胶粘剂试样的拉伸性能和冲击性能，适宜的添加量为2-甲基咪唑质量分数为0.8%。

3 结语

(1)环氧树脂胶粘剂试样的红外光谱图中可见环氧、醚键伸缩振动峰、—CH的伸缩振动峰、—CH的伸缩振动峰和—OH的吸收峰；固化反应后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI环氧树脂胶粘剂在波数分别为929 cm位置和3 411 cm位置处特征峰逐渐减弱；

(2)随着2-甲基咪唑质量分数从0%增加至1%时，环氧树脂胶粘剂的冲击强度呈现先增加后减小的趋势；在2-甲基咪唑质量分数为0.8%时取得冲击强度最大值，约为13.3 kJ/m；

(3)随着2-甲基咪唑含量的增加，环氧树脂胶粘剂试样的拉伸强度和断裂伸长率先增加后减小，在2-甲基咪唑质量分数为0.8%时取得拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量的最大值。此外，添加2-甲基咪唑的环氧树脂胶粘剂试样的拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量都高于未添加2-甲基咪唑的试样。