桐酐与甲基四氢苯酐复合固化环氧体系(4)

    环氧树脂是一类具有良好粘结性、耐腐蚀、电气绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料，能够赋予复合材料良好的力学性能和物理性能；环氧树脂酸酐固化体系因为其固化反应缓慢、放热量小、收缩率低等而成为一类重要的热固性树脂。甲基四氢苯酐(MeTHPA)为环状结构的酸酐固化剂，它与环氧树脂固化产物的耐热性高、力学强度及电性能优良，但不容易发生分子内运动、为脆性固化剂。桐油是我国重要的天然可再生植物资源，其年产量达100kt以上，占世界桐油产量的80%，占世界销售量的60%。在各种油类中桐油的干性最好，它的油膜具有坚固不粘、附着力强、耐水、耐碱、耐日光大气等性能。

    2、环氧树脂与MeTHPA/MeMA固化过程的力学表征

    (1)拉伸强度分析

    选取MeTHPA和MeMA作为固化剂，按表1所给比例和环氧树脂618固化，测定固化产物的拉伸强度，结果见表2。

表2 不同配比的环氧树脂618/酸酐固化体系的拉伸强度

    固化条件：100℃2h、120℃2h、140℃5h。当MeMA在固化剂中的质量分数加到10%时，固化物的拉伸强度变化(减小)不明显。当加入的质量分数增加至20%时，拉伸强度降低速度变快。这是因为在非晶态物质的拉伸过程中，分子链发生弹性形变，主要是由分子链内键长、键角的变化所导致的普弹性能所至。加入MeMA后由于MeMA与环氧树脂结合的键强度小于MeTHPA与环氧树脂结合的键强度，导致拉伸强度减小。

    (2)弯曲强度分析

    固化物的配方同拉伸强度，弯曲强度测定结果见表3。

表3 不同配比的环氧树脂618/酸酐固化体系的弯曲强度

    由结果可知添加少量的MeMA固化剂(<20%)对固化物的弯曲强度影响不大，但当混合酸酐中MeMA的质量分数超过20%时，固化物的弯曲强度明显下降。当混合酸酐中MeMA的质量分数达到40%时，弯曲强度值下降了10%，当达到60%时，弯曲强度则下降了20%。由于当给试样施加负荷，样品受力发生形变时，样品的上面是压缩形变，下面是伸长形变，破坏多数先发生在下面。由于MeMA与环氧树脂结合的键的强度小于MeTHPA与环氧树脂结合的键的强度，而MeMA与环氧树脂固化物有柔性，当添加少量的MeMA固化剂时，强度减弱的影响被缓冲应力所抵消，弯曲强度变化很小。当过量加入MeMA，键强度减弱的影响超过了它缓冲应力的影响，导致弯曲强度明显减小。

    (3)冲击强度分析

    固化物的配方同拉伸强度，测定结果见表4。

表4 不同配比的环氧树脂618/酸酐

    固化体系的冲击强度变化。冲击强度是衡量高分子材料在高速碰击下作为坚韧或抗断裂的量度，它表征了材料抵抗冲击载荷破坏的能力。由表可知，当固化反应时，混合酸酐中的MeMA的量增加时，固化物的冲击强度呈增加趋势，这是由MeMA的分子结构决定的。MeMA分子中有长的脂肪链，该脂肪链并不和环氧树脂发生反应，且该链为线性分子，使材料能在一定负荷下产生链段运动，因而使其参与承受外力的链段数增加，即参与吸收冲击能的体积增加，所以冲击强度就增大。但是当MeMA增加到一定的量时，固化物的冲击强度又有所减小，这是因为MeMA与环氧树脂结合的键的强度不如MeTHPA与环氧树脂结合的键的强度，当MeMA增加到一定量(>40%)以后，试样内键强度减弱的影响超过因参与吸收冲击强度体积的增加而产生的影响，对冲击强度起主导作用，所以冲击强度又有所下降。

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