偶聯(lián)劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響研究

李志林，陳炳耀，彭小琴，潘 聰，韋遠怡

（廣東三和控股有限公司，廣東 中山528325）

前 言

鑄工膠即雙組分室溫固化環(huán)氧樹脂膠，主要由環(huán)氧樹脂和固化劑組成，同時，為滿足不同的需求，可加入增韌劑、稀釋劑、填料、促進劑、偶聯(lián)劑等輔助材料改變其性能[1]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對鑄件修補需求的不斷增大，鑄工膠的應(yīng)用需求量也在不斷的增加。鑄工膠對鑄件的缺陷如縮孔、氣孔、砂眼、麻坑等的修補能使其起死回生，同時不影響鑄件的強度和使用性能[2,3]。本文著重探討偶聯(lián)劑對環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

雙酚A二縮水甘油醚（E51型）環(huán)氧樹脂，廣州市榕晟化工有限公司；650低分子聚酰胺，定遠縣丹寶樹脂有限公司；酚醛胺環(huán)氧固化劑（T-31），廣州宏?；び邢薰?；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），佛山市景鼎塑料化工有限公司；γ-巰丙基三乙氧基硅烷（KH-580），廣州依帕克斯材料科技有限責(zé)任公司；γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷（B-201），宏達化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

JB300-D型行星攪拌機，上海瀘析實業(yè)有限公司；擺錘沖擊試驗機，山東萬辰試驗機有限公司；PT-1136電腦式拉壓力試驗機，廣州市普睿思儀器有限公司；XHS-D型邵氏硬度計，深圳市君達儀器有限公司。

1.3 實驗步驟

1.3.1 實驗配方

A組分配方：

組分樹脂填充劑促進劑觸變劑材料名稱E-51重鈣鈦白粉氣相二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%40~60 10~20 10~20 4~8

B組分配方：

組分固化劑固化劑填充劑固化劑偶聯(lián)劑觸變劑材料名稱650低分子聚酰胺T-31石英粉CD-30 KH-550/KH-580/B-201氣相二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%40~60 5~15 20~40 4~10 0.2~2 0.2~2

1.3.2 鑄工膠的制備

A膠制備：將E-51樹脂、填充劑、促進劑等依次加入，然后在室溫條件下攪拌2.5h，再依次加入增黏劑與偶聯(lián)劑攪拌0.5h即可制得鑄工膠A膠。

B膠制備：將聚酰胺、T-31、填充劑、CD-30等依次加入，然后在室溫條件下攪拌3h，再依次加入增黏劑與偶聯(lián)劑攪拌0.5h即可制得鑄工膠B膠。

鑄工膠A膠的制備及B膠的制備使用不同的偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑分別是KH-550、KH-580、B-201，制備時偶聯(lián)劑的用量相同，分別為0.2%、0.5%、0.8%、1.0%、1.5%。分別對用不同偶聯(lián)劑制得的鑄工膠進行力學(xué)性能分析。

1.4 性能測試

（1）剪切強度/MPa：按照GB/T7124-2008測定。

（2）沖擊強度/MJ/m2：按照GB/T 6328-1999測定。

（3）邵氏硬度（Shore A）：按照GB/T 531.1-2008用硬度計檢測。

2 結(jié)果與討論

偶聯(lián)劑KH-550、KH-580、B-201不同添加量的檢測結(jié)果如表1、表2、表3所示。

表1 KH-550的檢測結(jié)果Table 1 The test results of KH-550

表2 KH-580的檢測結(jié)果Table 2 The test results of KH-580

如表1所示，隨著偶聯(lián)劑KH-550使用量的增加，該樣品的剪切強度、沖擊強度及邵氏硬度都有著相應(yīng)的提升，在KH-550的使用量為1.0%時其剪切強度和沖擊強度達到了最大值，分別為20.636MPa和2.088MJ/m2，原因是在1.0%的用量，膠體交聯(lián)程度達到了最佳，但是邵氏硬度卻是在KH-550使用量為0.8%時達到最大值，其具體的原因后續(xù)有待研究。雖然偶聯(lián)劑（KH-550）對邵氏硬度有提升，但是不明顯，可能的原因是偶聯(lián)劑（KH-550）主要的作用是提升膠體抗彎強度、抗壓強度、剪切強度等物理力學(xué)性能[4,5]。

同樣的，在表2中，可以很明顯地發(fā)現(xiàn)，偶聯(lián)劑KH-580對樣品的力學(xué)性能影響是非常大的。整體來說，隨著其用量的增大，剪切強度、沖擊強度及邵氏硬度都是相對地增大，在偶聯(lián)劑KH-580使用量為0.8%時，其剪切強度、沖擊強度及邵氏硬度都達到了最大值，為22.227MPa、2.68MJ/m2和81。

在表3中，偶聯(lián)劑為B-201的檢測結(jié)果顯示，其對剪切強度、沖擊強度及邵氏硬度都有著相應(yīng)的提升，而剪切強度的提升是最明顯的。其沖擊強度提升變化相對來說并不大，在達峰值后其下降的趨勢卻很大，而其對硬度基本上提升很小。

表3 B-201的檢測結(jié)果Table 3 The test results of B-201

2.1 不同偶聯(lián)劑對剪切強度的影響分析比較

對表1、2、3的數(shù)據(jù)進行整理，得到三個偶聯(lián)劑隨著用量的增加對剪切強度的影響。

如圖1所示。在圖1中，偶聯(lián)劑對剪切強度的影響都是隨著其用量的增加而呈先增后減的趨勢，添加KH-550、KH-580、B-201的鑄工膠的剪切強度最大值分別是偶聯(lián)劑用量為1.0%、0.80%和0.50%。

圖1 剪切強度對比圖Fig.1 The comparison of shear strength

偶聯(lián)劑KH-580對剪切強度的影響最為明顯，而且其添加量為0.50%時的剪切強度與偶聯(lián)劑KH-550及偶聯(lián)劑B-201它們的最大剪切強度相差不大。但是KH-580的最大值遠大于其它的兩個偶聯(lián)劑，且在不同的用量點上，其數(shù)值都與其它兩個偶聯(lián)劑的數(shù)值相差不大甚至大于它們。

B-201對剪切強度的影響相對而言沒有KH-550及KH-580的大，提升及最大值也沒有這兩者高，但是其剪切強度的最大值在其使用量為0.5%時，達到18.782MPa，相對的，其比KH-550的使用量為0.8%及KH-580使用量為0.5%時的剪切強度（18.029MPa、18.479MPa）還大。在一定程度上來說，此時B-201使用量為0.5%的成本比KH-550使用量為0.8%的成本相對更低，但是相比于同等用量的KH-580來說相差不大。對比數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，在達峰值之前，KH-580的剪切強度提升趨勢程度更大，在達峰值后，相對于KH-550和B-201，KH-580的下降趨勢卻相對的更加平穩(wěn)，這與偶聯(lián)劑及環(huán)氧樹脂本身的性質(zhì)有很大的關(guān)系。因此相對剪切強度而言，偶聯(lián)劑應(yīng)該選KH-580。

2.1 不同偶聯(lián)劑對沖擊強度的影響分析比較

同樣，對表1、2、3的數(shù)據(jù)進行整理，得到三個偶聯(lián)劑隨著用量的增加對沖擊強度的影響，如圖2所示。在圖2中，可以發(fā)現(xiàn)，對樣品沖擊強度影響程度最大的是KH-580，在用量為0.20%~0.50%時表現(xiàn)不明顯，但是在用量達到0.80%，其影響很大，同時也達到了最大值，后續(xù)沖擊強度也大于另外兩個偶聯(lián)劑。因此就沖擊強度而言，偶聯(lián)劑應(yīng)該選KH-580。

圖2 沖擊強度對比圖Fig.2 The comparison of impact strength

2.3 不同偶聯(lián)劑對邵氏硬度的影響

同理，對表1、2、3的數(shù)據(jù)進行整理，得到三個偶聯(lián)劑隨著用量的增加對邵氏硬度的影響，如圖3所示。在圖3中，可以看到偶聯(lián)劑對于硬度的提升并沒有很大的作用，因為偶聯(lián)劑的主要的作用基本上都是提升膠體抗彎強度、抗壓強度、剪切強度等物理力學(xué)性能，而想要提升膠體的硬度則主要是依靠環(huán)氧樹脂及其固化劑本身的性質(zhì)與固化后的相互作用。

圖3 邵氏硬度對比圖Fig.3 The comparison of Shore hardness

3 結(jié)論

本文主要是通過控制變量法來進行分析的，即控制實驗其他的條件相同，通過改變偶聯(lián)劑的種類及用量來進行實驗。結(jié)合以上所述，我們可以得到：偶聯(lián)劑KH-580對環(huán)氧酚醛樹脂E-51的力學(xué)性能影響最大，在其用量為1.0%時鑄工膠的剪切強度、沖擊強度、邵氏硬度達到最大值，同時符合企業(yè)的鑄工膠標(biāo)準(zhǔn)，也能滿足實際的生產(chǎn)及使用需求。