聚醚砜改性环氧树脂的研究聚醚砜改性环氧树脂的研究荆门

聚醚砜改性环氧树脂的研究,聚醚砜改性环氧树脂的研究

【中国牛涂网，NTW360.com新闻资讯】张强，丁路遥，陶业立，刘兰轩 摘要：研究了聚醚砜在环氧树脂及各类溶剂中的溶解性能；通过对涂层附着力、柔韧性的比较，研究了聚醚砜添加量对环氧树脂的增韧改性效果，比较了增韧改性环氧树脂涂层的抗空蚀性能。结果表明 ：聚醚砜在环氧树脂及强极性溶剂中具有较好的溶解性 ；聚醚砜能明显改善环氧树脂的柔韧性，且其加入量为20%~25%时增韧效果较好，此时增韧改性环氧涂层的抗空蚀性能相对较好。 关键词 ：聚醚砜 ；环氧树脂 ；增韧改性 ；力学性能 ；空蚀 中图分类号 ：TQ 322.41 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009-169603-0009-04 0 引言 环氧树脂是应用十分广泛的基体树脂，但固化后质地硬脆，存在内应力大，耐疲劳性、耐冲击性、耐湿热性差等不足，在一定程度上限制了其应用［1］因此，对环氧树脂的增韧改性研究具有重要意义。聚醚砜是一种韧性好、模量高、耐热性较高的高性能热塑性聚合物，作为环氧改性剂不影响改性体系的模量和玻璃化温度［2］。其溶解行为独特，能耐大多数溶剂，且仅能溶于氯仿、二氯甲烷等溶度参数相近的亲电子性溶剂［3］。本文考察了PES在各类溶剂和EP中的溶解性能，通过涂层的附着力、柔韧性等研究了不同添加量的PES对EP的增韧改性效果。 1 实验部分 1.1 主要原料 环氧树脂E51，巴陵石化 ；聚醚砜，白色粉末，江阴长盛化工 ；氯仿，分析级，上海化学试剂一厂 ；环己酮，分析级、丙酮，分析级，天津市广成化学试剂有限公司 ；其余各溶剂均为分析级。 1.2 实验方法 1.2.1 PES的溶解特性 PES在E51中的溶解 称取两份E51，每份20 g，各加入10%PES粉末，搅拌均匀。一组置于60℃烘箱中，另一组置于100℃烘箱中，每隔30 min搅拌并观察PES的溶解状态。 称取9份E51，每份20 g，分别加入2%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的PES，置于100℃的烘箱中，每隔30 min搅拌并观察PES的溶解状态，待完全溶解后取出并冷却至室温。 PES在各类溶剂中的溶解 将PES按溶剂质量的10%分别加入到氯仿、丙酮、丁酮、环己酮、异辛烷、四氢呋喃、甲苯、二甲苯等单一溶剂及其复配混合溶剂中，搅拌均匀后，室温静置，每30 min搅拌并观察PES的溶解状态。选择溶解性能较好的溶剂，提高PES的加入量，重复进行溶解实验，观察其对PES的溶解能力。 1.2.2 增韧改性环氧树脂涂层的制备 使用V∶V=1∶1的混合溶剂对E51进行稀释溶解，然后分别加入不同百分比的PES，搅拌至完全溶解，加入T31固化剂，搅拌均匀后涂刷在经砂纸打磨、丙酮脱脂并干燥后的试板上。每种配方刷涂两组试板，一组为薄板，进行柔韧性测试 ；另一组为厚板，进行附着力测试及空蚀实验。各组配方见表1。

有研究指出［4］，加入PES的EP在固化过程中有分相趋势，且分相趋势随温度升高而加快。为尽量避免PES与EP的分相，本研究涂层固化过程采用常温固化和升温固化相结合的方式进行。所有试板常温固化24 h，再于100℃下固化6 h。 1.3 性能测试 附着力 ：采用美国产PosiTest AT-A拉脱法附着力测试仪，按照GB/T 5210—2006进行测试 ； 柔韧性 ：采用漆膜柔韧性测试仪，按照GB/T 1731—1993进行测试 ； 采用磁致伸缩空泡腐蚀试验仪，按照 ASTM G32—2010进行空蚀实验。实验温度 ：35℃，空蚀时间 ：1 h，频率 ：20 kHz，振幅 ：50 μm。 2 结果与讨论 2.1 PES 的溶解性能 PES在各类溶剂以及E51中的溶解状态见表2。

由表2我们可以得出如下结论 ： PES能溶解于环氧树脂中，当其添加量达到40%时亦能充分溶解，但体系黏度过大，降至常温后接近固态。在60℃时溶解缓慢，经6~8 h仅部分溶解 ；在100℃时溶解较快，经4~6 h能完全溶解。溶解后的体系呈淡黄色黏稠液体，降至常温后，即使仅添加2%的PES，体系黏度也明显增大，流动性变得很差。 PES能溶解在氯仿等单一溶剂中，PES添加量为30%时依然能在氯仿中完全溶解，但此时黏度较大 ；PES微溶于四氢呋喃和环己酮 ；而在丙酮、丁酮、异辛烷、甲苯、二甲苯等溶剂中几乎不溶。 混合溶剂中，以V∶V=1∶1时溶解效果较为理想，该混合溶剂溶度参数与PES较为接近。 无溶剂体系黏度过大，氯仿挥发过快且易致毒，综合考虑PES的溶解特性、体系黏度、漆膜干燥速度等因素，本文选择V∶V=1∶1作为溶剂体系，用于制备改性环氧树脂涂层，以评价PES对环氧树脂的增韧效果。 2.2 PES 添加量对环氧树脂涂层性能的影响 2.2.1 PES添加量对漆膜附着力的影响 不同PES添加量的环氧树脂涂层的附着力测试结果见表3。

根据表3数据，对比各组涂层附着力大小发现 ：PES的加入能够提高环氧涂层的附着力，当PES添加量为20%或25%时，附着力的提升效果最为明显，随后则呈现下滑趋势。对比各组破坏形式，发现当未添加PES或PES添加量较低时，涂层有自身破坏现象 ；而当PES添加量达到10%以上时，涂层未出现自身破坏，多为涂层与基材的脱离。也就是说，PES的加入减少了环氧涂层发生脆裂破坏的情况，这表明PES的加入改善了环氧涂层的柔韧性，从而提高了漆膜的附着力。 2.2.2 PES添加量对漆膜柔韧性的影响 不同PES添加量的环氧树脂涂层的柔韧性测试结果见表4。

表4 结果表明 ：纯环氧涂层的柔韧性最差，φ3 mm的轴棒即可引起涂层明显破坏。而添加PES对涂层的柔韧性有了明显的改善，其中添加量为20%和25%的两组效果最为明显，柔韧性达到1 mm，继续增加PES用量，效果反而并不理想，表明PES对环氧树脂的增韧效果与其添加量密切相关。当添加量较少时，柔韧性随添加量增加而提升，在添加量为20%~25%时达到最好，之后则随着添加量的增加而降低。 2.2.3 PES添加量对漆膜抗空蚀性能的影响 PES添加量对漆膜抗空蚀性能的影响见图1。

由图1可见 ：纯环氧涂层空蚀实验后破坏最为严重，探头区域涂层完全脱落 ；其次为PES-15%组，探头区域漆膜虽未完全脱落，但探头区域边缘破坏较明显 ；PES-20%组涂层并没有明显的破坏，仅有细小的麻点 ；PES-25%组涂层出现米粒般大小破坏。 空蚀实验结果表明 ：纯环氧涂层抗空泡腐蚀性能较差，加入PES改性后的涂层抗空泡腐蚀性能明显提升，并在PES添加量为20%时达到最好。这可能是因为PES的加入提高了涂层的柔韧性，从而提升了涂层的抗空蚀性能。 3·结语 PES能溶解在EP中，并能稳定存在，但溶解后体系黏度过高 ；PES能溶于氯仿中，也能溶于氯仿与甲苯、丙酮等的混合溶剂中 ；而在丙酮、甲苯等溶剂中几乎不溶。 PES的加入能明显改善EP体系涂层的柔韧性，同时涂层附着力及抗空蚀能力较纯EP涂层也有明显提高。当PES加量为20%~25%时增韧效果最佳。 参考文献 [1]胡兵，曾黎明，耿东兵.聚醚酮增韧改性环氧树脂［J］.化工新型材料，2007，35：60-62. [2]华幼卿，王惠琼，张西萍. 聚醚砜改性环氧树脂的研究力学性能和热性能［J］.北京化工学院学报，1992，19：23-29. [3]黄锐，张忠义.聚醚砜的溶解特性［J］.工程塑料应用，1990：16-20. [4]梁伟荣，王惠民，郑志才.聚醚砜增韧环氧树脂的结构与性能［J］.热固性树脂，1997，12：12-15.

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