实验一 AG80,聚酰胺650实验

1、实验一AG80/聚酰胺650实验一、实验目的1、找到AG80与聚酰胺650的最佳配比。2、确定AG80树脂改性方向。3、探究长链线型结构的固化剂对含氮芳环类的环氧树脂的力学性能的影响。二、实验原理环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优

2、异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途【1】。环氧树脂的分类目前尚未统一，一般按照强度、耐热等级以及特性分类。根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：缩水甘油醚类环氧树脂12缩水甘油酯类环氧树脂3缩水甘油胺类环氧树脂CHZ4线型脂肪族类环氧树脂5脂环族类环氧树脂而本实验所选用的则是含氮芳环类的环氧树脂AG80,AG80是一种四官能度的热固型环氧树脂，环氧值在0.80.9（环氧值即每100g环氧树脂中，环氧基的数量（mol）左右，分子量为422，粘度（40

3、C）1100imPas。化学名称为4,4二氨基二苯基甲烷环氧树脂。其结构式如下：固化产物交联密度大、收缩率低、化学稳定性，具有优异的力学性能、耐热性和耐腐蚀性。因AG80环氧树脂固化后其交联密度大，因而固化物的刚性较强，但同时材料的韧性较差，因此我们要对AG80进行综合改性，来满足材料在不同场合的用途。改性方法主要有以下几种：1选择固化剂；2添加反应性稀释剂；3添加填充剂；4添加特种热固性或热塑性树脂；5.改良环氧树脂本身。CtH=CCCH3亠NaOOCCFt;CH3CJiCOONa-*NaOQCCH2CH2CHCOONa0沁cih2ccg2-nhOH3】氨基酸与环氧化合物反应的研究彭燕常用环

4、氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。固化剂对环氧树脂的性能影响较大，一般按下列几点选择。（1）、从性能要求上选择：有的要求耐高温，有的要求柔性好，有的要求耐腐蚀性好，则根据不同要求选用适当的固化剂。（2）、从固化方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热固化的固化剂。（3）、从适用期上选择：所谓适用期，就是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。要适用期长的，一般选用酸酐类或潜伏性固化剂。（4）、从安全上选择：一般要求毒性小的为好，便于安全

5、生产。（5）、从成本上选择。本实验是选用聚酰胺类的固化剂来对环氧树脂进行改性的，所选用的固化剂为聚酰胺650胺值为200+20，活泼氢当量（g/eq）为170180（本实验取平均值175）,粘度（40C）2000040000mPas。聚酰胺650为分子量为650的低聚合度尼龙6,而尼龙6为聚己内酰胺。工业上目前是通过己内酰胺的水解聚合来生产PA6的，其合成路径如下【2】：0GPHI112HOcCMlIICftTWVLTV1HNZHjHO0IK.CH?-JiNHaIIDCIINnH:o聚酰胺650结构式:忖SAzwx/xrvNHIIHOljHN注：分子量为650稀释剂622外观为无色至浅黄色透明

6、的液体，无刺激性气味，分子内含有两个环氧基团，可参与固化反应，形成链状或网状结构。固化后树脂的抗张强度、弯曲强度、抗压强度、抗冲击强度等机械性能均优于单缩水甘油醚类的稀释剂。热固性树脂需加入稀释剂来降低它的粘度而便于进一步加工，其作用是降低粘度，改善树脂的渗透性。稀释剂可分惰性及活性二大类，用量一般不超过30%。稀释剂可分非活性稀释剂和活性稀释剂两种。非活性稀释剂这种稀释剂的分子中不含有活性基团，大都是惰性溶剂，如乙醇、丙酮、甲苯等。在稀释过程中不参加反应，它只是共混于树脂之中并起到降低黏度的目的。除了起到稀释作用之外，对机械性能、热变形温度、耐介质及老化破坏等都有影响。应考虑到溶剂的挥发速度

7、，若挥发速度太快，胶层表面易结成膜，妨碍胶层内部溶剂的逸出。导致胶层中产生气泡；若挥发速度太慢，则在胶层内留有溶剂，从而会影响胶接强度。通常采用几种不同沸点的溶剂相混来调节挥发速度。它多用于橡胶型胶粘剂、酚醛型胶粘剂、聚酯型胶粘剂和环氧胶粘剂等。活性稀释剂活性稀释剂是分子中含有活性基团的稀释剂。它在稀释胶粘剂的过程中要参加反应，同时还能起增韧作用（如在环氧型胶粘剂中加入甘油环氧树脂或环氧丙烷丁基醚等就能起增韧作用）。本实验选用的是活性稀释剂622,黏度（250为720mPa.s,环氧值为0.730.82eq/100g。其化学名称为1,4-丁二醇缩水甘油醚，其经验分子式为：C10H18O4（希尔

8、表示法），分子量202.25。化学结构如下：（一）固化剂的理论用量的计算：（当用胺类作交联剂时按下式计算）1对于伯胺、仲胺固化剂可以用以下公式计算：MG=XEvHn符号说明：G=100g环氧树脂加入胺的克数M=胺的分子量Ev=树脂的环氧值Hn=胺分子中活泼氢原子总数例如：E-44环氧树脂加乙二胺的合适量是多少？解：查文献已知，乙二胺的分子量M为60克，分子中活泼氢原子总数Hn为4,E-44环氧树脂的环氧值为0.44100克环氧树脂加入乙二胺的克数G=（60/4）x0.44=6.6（克）注意：新的环氧树脂国家标准的指标没有了环氧值，而用环氧当量，其实这没有实质上的区别。因为：环氧当量=100/环

9、氧值，环氧值=100/环氧当量对于胺加成物类固化剂胺的加成物，一般用胺值来表示含胺量的多少。100克环氧树脂加入胺的克数G=活泼氢当量X树脂的环氧值注意：这是理论值，实际上制漆时环氧基和活泼氢基有时并不是完全要求一对一等当量，还根据性能要求调整当量比。（二）化学反应：1、主反应（聚酰胺650与AG80）4nOHQN按反应方程式计算值：AG80与聚酰胺650理论配比计算:化简：2g环氧树脂消耗的固化剂的量：6550105.5二M4C80650M650105.52650 x解得：x=12.32g按环氧当量与活泼氢数计算：100克环氧树脂加入胺的克数G=活泼氢当量x树脂的环氧值100克环氧树脂加入固

10、化剂的量G0.8X175=140140=x1002解得：X=2.80.9X175=157.5157.5x100一2解得：X=3.152、次反应（聚酰胺650与稀释剂622）按反应方程式计算值：稀释剂622与聚酰胺650理论配比计算：TOC o 1-5 h zM622=202.25M650650化简得：650=“650101“622稀释剂622消耗的固化剂的量：650=X1010!解得：x=0.64按环氧当量与活泼氢数计算：100克环氧树脂加入胺的克数G=活泼氢当量x树脂的环氧值100克环氧树脂加入固化剂的量G0.73X175=127.75127.75=X1000.1解得：X=0.1270.82

11、X175=143.5143.5_x100=01解得：X=0.14（三）环氧树脂的固化的三个阶段操作时间操作时间（也是工作时间或使用期）是固化时间的一部份，混合之后，树脂/固化剂混合物仍然是液体和可以工作及适合应用。为了保证可靠的粘接，全部施工和定位工作应该在固化操作时间内做好。进入固化混合物开始进入固化相（也称作熟化阶段），这时它开始凝胶或“突变”。这时的环氧没有长时间的工作，可能也将失去粘性。在这个阶段不能对其进行任何干扰。它将变成硬橡胶似的软凝胶物，你用大拇指将能压得动它。因为这时混合物只是局部固化，新使用的环氧树脂仍然能与它化学链接，因此该未处理的表面仍然可以进行粘接或反应。无论如何，接

12、近固化的混合物这些能力在减小最终固化环氧混合物达到固化变成固体阶段，这时能砂磨及整型。这时你用大拇指已压不动它在这时环氧树脂约有90%的最终反应强度，因此可以除去固定夹件，将它放在室温下维持若干天使它继续固化。这时新使用的环氧树脂不能与它进行化学链接，因此该环氧表面必须适当地进行预处理如打磨，才能得到好的粘接机械强度。【3】三、实验仪器与药品1、实验仪器：烘箱、20ml量杯、电子天平、模具、玻璃棒、真空烘箱、搅拌器2、实验药品：AG80环氧树脂、聚酰胺650固化剂、稀释剂622四、实验步骤（一）样条的制备1、工艺流程（略）2、工艺参数本实验采用的是按环氧当量与活泼氢数计算出的理论值来设计相关的

13、实验的体系配比（650：622：AG80）聚酰胺650稀释剂622（5%）AG80树脂1211202.10.122241202.40.123271202.70.124301203.00.125331203.30.126361203.60.127391203.90.128421204.20.12固化温度：80C（24h）3、实验步骤第一步：先把烘箱和真空烘箱打开，将温度调到80C，将AG80和聚酰胺650放入到烘箱中预热，约15min。第二步：将药品从烘箱中取出来，各称量一定量的环氧树脂AG8O、稀释剂622与固化剂聚酰胺650。第三步：将混合物在量杯中搅拌一段时间至混合物充分混合均匀第四步：将

14、混合物浇注到模板中，将混合物平铺到模板中，用吹风机将树脂表面吹平整第五步：将装有树脂的模具放入真空烘箱中固化，抽真空至-0.06MPa,烘箱温度为80C,注意要将模板放平，以保证样品厚度均匀，记下开始固化的时间几第六步：每隔一段时间去观察样品，待样品表面初步固化（即表干），记下时间儿第七步：待样品固化完全后，将样品小心取出，装进式样袋中进行编号，待用。（二）样条的力学性能测试1、样条的拉伸强度测试2、样条的冲击强度测试3、样条的压缩强度测试五、实验现象及数据（一）样条的制备实验现象及数据1、实验现象操作阶段实验现象未搅拌前混合体系为均一黄色粘稠状的液体搅拌中混合体系逐渐有均一黄色透明的液体变为

15、黄白色不透明状液体搅拌后充分搅拌后体系变为均一黄白色的液体，夜色分布比较均匀烘箱中静置将体系放置于80度烘箱中静止一段时间，发现混合物表面有一些气泡产生，体系内部均一，无气泡将体系浇注到模具中将体系浇注到模具后，将在模具中的混合物铺平，再用热吹风进一步处理使其表面平整，整个过程中发现模具中混合物表面有气泡溢出，用牙签将溢出的细小气泡处理掉后，再进一步处理，直至模具中的混合物表面不在有气泡为止将气泡处理后观察其表面，发现有部分样条表面的颜色有少许分布不均固化阶段/样条成型之后2、操作工艺：1、混合搅拌全程在烘箱加热的条件下完成的，目的在于降低体系黏度，增大其流动性，使混合物充分的混合均匀2、首次采用全程真空烘干固化的方案图1称量药品图2在烘箱中全程加热混合搅拌3、实验数据记录体系开始固化温度TQ的时间表干温度丁1的时间样条颜色