几种胺类固化剂对环氧树脂固化行为及固化物性能的影响

第６２卷第６期

２０１１年６月化工学报ＣＩＥＳＣＶ０１．６２Ｎｏ．６２０１１ＪｏｕｒｎａｌＪｕｎｅ

几种胺类固化剂对环氧树脂固化行为及

固化物性能的影响

谭家顶，程珏，郭晶，张军营

（北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室，北京１０００２９）

摘要：固化剂结构对环氧树脂的固化行为和固化物性能具有重要影响，本文研究了聚醚胺（Ｄ２３０）、异佛尔酮二胺（ＩＰＤＡ）和３，３＇－二甲基一４，４，－二氨基一二环己基甲烷（ＤＭＤＣ）３种胺类固化剂与实验室自制的低黏度环氧树脂Ａ进行固化反应。通过黏度分析、红外（ＦＴＩＲ）光谱分析、ＤＳＣ分析等手段研究了环氧树脂与固化剂反应程度随固化时间和固化温度的变化规律，采用万能材料试验机研究Ｊ，固化温度对固化物拉伸强度、断裂伸长率的影响。结果表明，３种树脂／固化剂体系的固化反应活化能分别为５９．６、５０．９、５４．９ｋＪ?ｍｏｌ１；与脂肪族固化剂Ｄ－２３０相比，脂环族同化剂ＩＰＤＡ和ＤＭＤＣ具有反应活性高，同样固化条件下固化产物的固化程度高、强度高和断裂伸长率高的特点，并且双环结构的ＤＭＤＣ具有更高的韧性。

关键词：低黏度环氧树脂；胺类固化荆；固化行为；高强度

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８—１１５７．２０１１．０６．０３７

中图分类号：ＴＱ４３０．１文献标志码：Ａ文章编号：０４３８—１１５７（２０１１）０６—１７２３一０７

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ＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）

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ｃｏｕｌｄｐｒｏｄｕｃｔｓｃｕｒｅｄｗｉｔｈａｌｉｃｙｃｌｉｃｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔｓＩＰＤＡｒｅｓｕｌｔｉｎｈｉｇｈｅｒｄｅｇｒｅｅｏｆｃｕｒｉｎｇ，ｈｉｇｈｅｒａｎｄＤＭＤＣｓｈｏｗｅｄｈｉｇｈｅｒｒｅａｃｔｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｅｖｅｎａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｔｅｎｓｉｌｅａｎｄｇｒｅａｔｅｒｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔＤＭＤＣｗｉｔｈｂｉｃｙｃｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｍｏｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｖｉｓｃｏｓｉｔｙｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ；ａｍｉｎｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔ；ｃｕｒｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒ；ｈｉｇｈｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ

２０１０一１０一２２收到初稿。２０ｌｏ一１２－２９收到修改稿。

联系人：程珏。第一作者：谭家顶（１９８５一），男，硕士研究

生。Ｒｅｃｅｉｖｅｄｄａｔｅ：２０１０一１０—２２．ａｕｔｈｏｒ．．Ｐｒｏｆ．ＣＨＥＮＧＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｂｕｃｔ．ｅｄｕ．ｃａＪｕｅ，ｃｈｅｎｇｊｕｅ＠ｍａｉｌ．万方数据

?１７２４?

化工学报第６２卷

引言

环氧树脂胶黏剂有万能胶之称，具有优异的综

合性能，引起了广大研究者和应用者的广泛兴趣。其中环氧树脂固化剂的种类和结构很大程度上决定着胶黏剂的固化行为、强度和韧性Ｌ１４Ｊ。直链结构型的聚醚胺（如Ｄ－２３０、Ｄ２０００）具有柔性链段，链段构象多，赋予环氧树脂固化物一定的柔韧性和冲击强度，但同时会降低固化物拉伸强度［５１３；芳香族胺类固化剂（如ＤＤＳ、ＤＤＭ）具有刚性苯环结构，使环氧树脂固化物的力学性能大大提高，但是固化物的柔韧性差、较脆，表现为固化物的冲击强度低［８１０］。因此，环氧树脂体系的强度和韧性常常是相互矛盾的，这也是该领域的一个难点和热点问题［１１１２］。

脂环族胺类固化剂（如异佛尔酮二胺，ＩＰＤＡ）具有饱和六元环结构，它具有与聚醚胺结构类似的特点——空间构象多、柔顺性好，同时又具有与芳

香胺结构类似的特点——环状结构的刚性和强度，

通过结构设计有望结合强度和韧性于一身。目前，关于脂环族胺固化剂的基础结构与性能的研究报道较少Ｌｌ３１，如脂环胺结构与固化行为、力学性能关系的报道至今没有发现。本研究对单脂环胺、双脂环胺固化剂对环氧树脂的固化行为、固化物强度、断裂伸长率等的影响进行详细研究，并与线形聚醚胺固化剂进行比较，获得该类固化剂结构对固化行为和性能的影响规律，为固化剂的结构设计提供基础理论依据。１

实验材料与方法

１．１实验原料

环氧树脂体系Ａ，实验室制备，环氧值为０．６０，淡黄色至黄色透明液体，黏度为７９５．４ｍＰａ?ｓ（２５℃）；聚醚胺Ｄ一２３０，工业级，胺值为

３１５ｍｇ

ＫＯＨ?ｇ～，黏度为９．４ｍＰａ?Ｓ（２５℃），

ＢＡＳＦ公司；异佛尔酮二胺（ＩＰＤＡ），化学名称为３一胺甲基三甲基环己胺，相对分子质量为１７０．３，胺值为６５９ｍｇＫＯＨ?ｇ～，黏度为１８

ｍＰａ?ｓ

（２５℃），ＢＡＳＦ公司；３，３＇－二甲基一４，４’一二氨基一二环己基甲烷（ＤＭＤＣ），相对分子质量为２３８．４１，胺值为４７０ｍｇＫＯＨ?ｇ一，黏度为１２０ｍＰａ?ｓ

（２５℃），ＢＡＳＦ公司。

万方数据

１．２实验分析仪器

Ｖｉｓｃ０８８平板／锥板黏度仪，英国Ｍａｌｖｅｒｎ仪