环氧树脂在固化反应及冷却过程中的体积收缩会形成内应力。它是造成环氧树脂浇注料、层压材料和涂料等发生龟裂、空隙、剥落、强度下降的主要原因。
一、浇注料的内应力
1.胺及羧酸与环氧树脂固化物的内应力采用ェピコ一ト828和脂肪胺及脂肪酸制备测试内应力的试件,测定结果见表1-16。
![]() 从表1-16知,固化剂结构中次甲基多(即m,p增大)时,固化物结构中的网络浓度(有效交联密度)、Tgx、内应力都低。因此,分子链长的固化剂可降低固化物交联网络密度、降低Tgx和内应力。
2.填料对内应力的影响采用双酚A型ェピコ一ト828环氧树脂、4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM),在(80℃/2h)+(160℃/6h)下固化,测试玻璃珠填料用量对浇注料性能的影响。从内应力实测值得知,填料开始增加时内应力下降,用量超过22%使内应力回升,并呈现不连续的变化。试验结果见表1-17。
![]() 3.内环酯对内应力的影响 添加内环酯(89&)的环氧树脂固化物,其内应力得到明显改善。这是因为环状酯类具有开环聚合能力,它可抵消分子间结合距离的减少成为固化时不产生体积收缩的聚合物。SOE的结构式如下:
![]() SOE的添加量增加,固化物的内应力会大幅度下降。SOE本身的内应力只有环氧树脂的1/8。SOE与环氧树脂等量配合时内应力下降40%。聚丁二烯衍生物也是降低固化物内应力的有效添加剂。用内环酯及聚丁二烯衍生物改性环氧树脂的内应力见表1-18。
![]() 二、涂膜的内应力
涂料中的溶剂、助剂及低分子化合物的挥发或者固化反应的冷却所引起的固化物体积收缩从而产生内应力,它是涂膜发生剥离、龟裂等缺陷的主要原因。
1.胺固化环氧涂膜的内应力胺固化环氧涂膜几乎完全形成了网状结构;内应力的实测值同根据固化物的应变和弹性率所得到的计算值之比在0.95±0.2范围之内。含有水杨酸促进剂的涂膜内应力与不含促进剂的涂膜内应力相比有下降趋势。
采用双酚A型ェピコ一ト828环氧树脂作基料、
![]() ![]() 2.羧酸固化环氧涂膜的内应力在羧酸与环氧树脂构成的固化体系内添加固化促进剂所形成的涂膜内应力明显低于不含固化促进剂形成涂膜的内应力。其内应力的实测值与计算值之比都在1.1±0.4范围内。
表1-20列出脂肪族羧酸与环氧树脂固化物的网状结构组成、Tgx内应力等数据。
![]() 3.活性稀释剂对涂膜内应力的影响 在4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)与ェピコ一ト828环氧树脂构成的固化体系中添加苯基缩水甘油醚(PGE)活性稀释剂时,PGE用量达到40%的Tgx为126℃,涂膜内应力为5.11MPa;不添加PGE的涂膜的Tgx为176℃、内应力为8.10MPa。即添加PGE 40%后比不添加PGE的涂膜Tgx下降了50℃、内应力下降约为63%。活性稀释剂加入量的增加固化产物的玻璃化温度和内应力随之下降,结果见表1-21。
![]() 4.溶剂对涂膜内应力的影响采用三亚乙基四胺作固化剂,当产物的胶化量达到或接近100%形成网状结构时,溶剂在固化物内的残留量对内应力影响甚大。其结果见表1-22。
5.增韧剂对内应力的影响环氧树脂交联固化网络程度可以用增韧剂的相容性表示。为考核增韧剂对内应力的影响,采用ェピコ一ト828和三亚乙基四胺固化体系,在该体系中添加邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。当DBP用量达到10%时,涂膜的内应力下降到原来的(不加DBP)3/4,因此添加增韧剂具有独特的降低内应力作用。
![]() 另外,由双环戊二烯与烷基酚的聚合物(简称DIPP)可作为赋予低应力的固化剂,DIPP的结构式如下:
![]() 式中,R为H或CH3;n=0~5。
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