试验一AG80,聚酰胺650试验

实验一实验一 AG80/ AG80/聚酰胺聚酰胺 650650 实验实验 一、一、 实验目的实验目的 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、二、 实验原理实验原理 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： 1． 缩水甘油醚类环氧树脂 2． 缩水甘油酯类环氧树脂 3． 缩水甘油胺类环氧树脂 4． 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 0.8~0.9（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℃)1100mPa•s。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。 【3】氨基酸与环氧化合物反应的研究彭燕 常用环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 170~180（本实验取平均值 175） ，粘度(40℃) 20000～40000mPa•s。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】 ： 聚酰胺 650 结构式： 注：分子量为 650 稀释剂 622 外观为无色至浅黄色透明的液体，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。 ①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，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。 ②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 （25℃） 为 7~20mPa.s， 环氧值为 0.73~0.82eq/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：（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： M G ＝——×Ev Hn 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 0.44 100 克环氧树脂加入乙二胺的克数 G ＝（60/4）× 0.44 ＝ 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/环氧值 ， 环氧值＝100/环氧当量 2.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 × 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：（二）化学反应： 1 1、主反应（聚酰胺、主反应（聚酰胺 650650 与与 AG80AG80）） ①按反应方程式计算值：①按反应方程式计算值： AG80 与聚酰胺 650 理论配比计算： 𝑀 𝐴𝐺80 1 = 422 𝑀650 4 650 化简： 105.5 650 105.5 𝑀𝐴𝐺80 650 = 𝑀650 2g 环氧树脂消耗的固化剂的量： = 𝑥 2 解得：x=12.32g ②按环氧当量与活泼氢数计算：②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 × 树脂的环氧值 100 克环氧树脂加入固化剂的量𝐺10.8X175=140 140 100 = 2 𝑥 解得：X=2.8