(天津渤海職業(yè)技術學院，天津 300402)

前言

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的機械性能、抗腐蝕性能、電絕緣性能和粘結性能，在航天器中的復合材料、大規(guī)模集成電路中的封裝材料、土木建筑中的膠粘劑等有著廣泛的用途[1]。但環(huán)氧樹脂自身粘度高，環(huán)氧當量為190的E-51環(huán)氧樹脂的粘度為11000～15000mPa.s，在調配環(huán)氧樹脂時，對操作性、脫泡性等有很大影響。例如風電葉片制造要求環(huán)氧樹脂與固化劑混合物的注射粘度在250mPa.s以下[2]。降低環(huán)氧樹脂的粘度是擴展其應用的主要途徑。

由于樹脂本身的特點，導熱性能一般都較差，其導熱系數(shù)在25℃時均低于0.50W/(m·K)，而環(huán)氧樹脂只有0.20W/(m·K)[3]。對于高散熱的器件會產生不良影響?；谝陨显颍疚臄M研究一種低粘度導熱環(huán)氧膠粘劑。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及設備

實驗原料： 環(huán)氧樹脂E-51，化學純，天豪達化工有限公司；

乙二醇二縮水甘油醚，化學純，天豪達化工有限公司；

脂肪胺固化劑TE-80，化學純，常州山峰化工有限公司；

硅烷偶聯(lián)劑KH-550，濟南多維橋化工有限責任公司；

Al2O3,粒徑10微米，工業(yè)品，晶瑞新材料有限公司；

MgO，粒徑10微米，工業(yè)品，晶瑞新材料有限公司。

實驗設備：高速分散機；電熱恒溫鼓風干燥箱；旋轉粘度計；萬能試驗機,差示掃描量熱儀(DSC)。

1.2 實驗步驟

1.2.1 環(huán)氧樹脂基體的配比

關于胺類固化劑的用量的計算是把胺基上的一個活潑氧與一個環(huán)氧基相對應來考慮的，公式為[4]；

G=M/Hn*E

式中： G- 100g環(huán)氧樹脂所需要的胺類固化劑的質量(單位為克)；

M-胺的相對分子質量；

Hn—胺基上活潑氧的總數(shù)；

E—環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值。

將環(huán)氧樹脂E-51、固化劑TE-80和稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚按一定比例如表1.1所示，混合均勻，脫泡后進行粘度測試。

按照同樣方法混合環(huán)氧膠粘劑基體，脫泡注入模具中，放入干燥箱，按指定溫度程序升溫固化，固化后降至室溫，進行力學性能測試 。

表1.1 環(huán)氧樹脂基體配比

1.2.2 環(huán)氧膠粘劑填料的選擇

將一定質量的填料置于攪拌下放入醇水溶液(水/醇=1/9)中，配制成一定濃度的溶劑，然后加入填料重量1%的硅烷偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌20min。然后將溶液放入干燥箱100℃徹底干燥，取出后待用。

取100質量份的環(huán)氧樹脂E-51，25質量份的固化劑TE-80，40質量份的稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚混合攪拌，加入一定比例的填料，在攪拌機下充分攪拌，測量粘度后，脫泡后注入模具，放入干燥箱，按指定溫度程序升溫固化，固化后降至室溫，進行力學性能測試。

2 結果與討論

2.1 稀釋劑對環(huán)氧樹脂的影響

2.1.1 稀釋劑對環(huán)氧樹脂粘度的影響

乙二醇二縮水甘油醚是環(huán)氧樹脂用稀釋劑，粘度為10mPa.s，它的加入可以有效降低環(huán)氧樹脂體系的初始粘度，如表2.1所示，隨著乙二醇二縮水甘油醚質量分數(shù)的增加，環(huán)氧樹脂體系的粘度逐漸降低，當稀釋劑的加入量達到40wt%時，體系粘度已經降低到302 mPa.s，具有非常好的流動性。

表2.1 加入稀釋劑的環(huán)氧樹脂粘度

2.1.2 稀釋劑對環(huán)氧樹脂力學性能的影響

乙二醇二縮水甘油醚是一種活性稀釋劑，分子中具有兩個環(huán)氧基團，可以參與環(huán)氧樹脂的固化反應，加入到固化產物的分子中，而非活性稀釋劑則要游離在固化物之中，或者揮發(fā)留下空隙，嚴重影響固化物的力學性能。如表2.2所示，加入乙二醇二縮水甘油醚的環(huán)氧樹脂固化物力學性能都有所改善，并且隨著添加量的增加，改善更明顯，到添加量為40%，拉伸強度達到最高的65.1MPa，添加量30～40%，彎曲強度和沖擊強度也達到最大值。說明活性稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚的加入還可以改善環(huán)氧樹脂固化物的力學性能。

表2.2 加入稀釋劑的環(huán)氧固化物的力學性能

2.2 填料對環(huán)氧樹脂的影響

圖2-1 填料質量百分數(shù)對MgO和Al2O3電熱率的影響

2.2.1 填料對環(huán)氧樹脂導熱性能的影響

從圖2-1中看出隨著兩種填料含量的增加，環(huán)氧樹脂固化物的導熱性能均得到明顯的提高。這是因為隨著填料比重的增加，填料顆粒在基體中形成了穩(wěn)定的導熱網絡，其導熱性得到充分發(fā)揮，對于固化物的導熱性能也就能有更好的改善。MgO(導熱率48～60W/(m.k))和 Al2O3(導熱率20～30 W/(m.k))都是導熱率較高的無機填料，它們的加入都能明顯改善環(huán)氧樹脂的導熱率，但是由于自身導熱能力的區(qū)別，對于基體的改善效果也不一樣，對比可以看出加入MgO環(huán)氧樹脂固化物的導熱率更高。

2.2.2 填料對環(huán)氧樹脂力學性能的影響

從圖2-2至2-7中可以看出兩種填料的加入都降低了環(huán)氧樹脂的力學性能，拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都受到了影響。并且趨勢都是隨著填料含量的增加，呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢。當固化物受到外力時，因為填料含量少，不能夠充分分散應力，導致出現(xiàn)裂紋，所以強度下降；當含量進一步增加，在裂紋擴展過程中，填料能充分吸收、分散材料所受應力，從而提高固化物的強度；但當含量進更高，顆粒在環(huán)氧樹脂中產生團聚現(xiàn)象，導致應力集中，使固化物放入強度下降。并且加入MgO產生的影響比Al2O3要小，強度普遍要高。根據(jù)測試結果，MgO填料80wt%的添加量為最佳。

圖2-2 MgO填料百分數(shù)和拉伸強度的關系

圖2-3 MgO填料百分數(shù)和彎曲強度的關系

圖2-4 MgO填料百分數(shù)和沖擊強度的關系

圖2-5 Al2O3填料百分數(shù)和拉伸強度的關系

圖2-6 Al2O3填料百分數(shù)和彎曲強度的關系

圖2-7 Al2O3填料百分數(shù)和沖擊強度的關系

3 結論

由以上的實驗結果得出結論：(1)稀釋劑乙二醇二縮水甘油醚的加入能夠有效降低環(huán)氧樹脂的粘度，并且可以一定程度改善固化物的力學性能，最佳添加比例為40wt%；(2)無機填料MgO和Al2O3的加入可以提高環(huán)氧固化物的導熱性，添加80wt%的MgO既可以保證環(huán)氧樹脂固化物的力學性能，又將其導熱率提高到2.13 W/(m.k)?；谝陨辖Y論可以復配出一種低粘度導熱環(huán)氧膠粘劑。

參考文獻：

[1]賀曼羅.環(huán)氧樹脂膠粘劑[M].北京:中國石化出版社,2004.

[2]董永祺.國外風力發(fā)電用環(huán)氧樹脂(一)[J].玻璃鋼,2008,(01).

[3]Zhidong Han, Alberto Fina.Thermal conductivity of carbon nanotubes and their polymer.nanocomposites: A review[J]. Progress in Polymer Science 2011,36(11).

[4]周文英,齊暑華,涂春潮.導熱絕緣高分子復合材料研究進展[J].塑料工程,2005,(B5).