實驗一 AG80,聚酰胺650實驗

1、實驗一AG80/聚酰胺650實驗一、實驗?zāi)康?、找到AG80與聚酰胺650的最佳配比。2、確定AG80樹脂改性方向。3、探究長鏈線型結(jié)構(gòu)的固化劑對含氮芳環(huán)類的環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能的影響。二、實驗原理環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機化合物，凡分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)

2、異的粘接強度，介電性能良好，變形收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶劑穩(wěn)定，因而廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟各部門，作澆注、浸漬、層壓料、粘接劑、涂料等用途【1】。環(huán)氧樹脂的分類目前尚未統(tǒng)一，一般按照強度、耐熱等級以及特性分類。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類：縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂12縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂3縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂CHZ4線型脂肪族類環(huán)氧樹脂5脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂而本實驗所選用的則是含氮芳環(huán)類的環(huán)氧樹脂AG80,AG80是一種四官能度的熱固型環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值在0.80.9（環(huán)氧值即每100g環(huán)氧樹脂中，環(huán)氧基的數(shù)量（mol）左右，分子量為422，粘度（40

3、C）1100imPas。化學(xué)名稱為4,4二氨基二苯基甲烷環(huán)氧樹脂。其結(jié)構(gòu)式如下：固化產(chǎn)物交聯(lián)密度大、收縮率低、化學(xué)穩(wěn)定性，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性和耐腐蝕性。因AG80環(huán)氧樹脂固化后其交聯(lián)密度大，因而固化物的剛性較強，但同時材料的韌性較差，因此我們要對AG80進行綜合改性，來滿足材料在不同場合的用途。改性方法主要有以下幾種：1選擇固化劑；2添加反應(yīng)性稀釋劑；3添加填充劑；4添加特種熱固性或熱塑性樹脂；5.改良環(huán)氧樹脂本身。CtH=CCCH3亠NaOOCCFt;CH3CJiCOONa-*NaOQCCH2CH2CHCOONa0沁cih2ccg2-nhOH3】氨基酸與環(huán)氧化合物反應(yīng)的研究彭燕常用環(huán)

4、氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)氧樹脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類固化劑，加溫固化則常用酸酐、芳香類固化劑。固化劑對環(huán)氧樹脂的性能影響較大，一般按下列幾點選擇。（1）、從性能要求上選擇：有的要求耐高溫，有的要求柔性好，有的要求耐腐蝕性好，則根據(jù)不同要求選用適當(dāng)?shù)墓袒瘎?。?）、從固化方法上選擇：有的制品不能加熱，則不能選用熱固化的固化劑。（3）、從適用期上選擇：所謂適用期，就是指環(huán)氧樹脂加入固化劑時起至不能使用時止的時間。要適用期長的，一般選用酸酐類或潛伏性固化劑。（4）、從安全上選擇：一般要求毒性小的為好，便于安全

5、生產(chǎn)。（5）、從成本上選擇。本實驗是選用聚酰胺類的固化劑來對環(huán)氧樹脂進行改性的，所選用的固化劑為聚酰胺650胺值為200+20，活潑氫當(dāng)量（g/eq）為170180（本實驗取平均值175）,粘度（40C）2000040000mPas。聚酰胺650為分子量為650的低聚合度尼龍6,而尼龍6為聚己內(nèi)酰胺。工業(yè)上目前是通過己內(nèi)酰胺的水解聚合來生產(chǎn)PA6的，其合成路徑如下【2】：0GPHI112HOcCMlIICftTWVLTV1HNZHjHO0IK.CH?-JiNHaIIDCIINnH:o聚酰胺650結(jié)構(gòu)式:忖SAzwx/xrvNHIIHOljHN注：分子量為650稀釋劑622外觀為無色至淺黃色透明

6、的液體，無刺激性氣味，分子內(nèi)含有兩個環(huán)氧基團，可參與固化反應(yīng)，形成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。固化后樹脂的抗張強度、彎曲強度、抗壓強度、抗沖擊強度等機械性能均優(yōu)于單縮水甘油醚類的稀釋劑。熱固性樹脂需加入稀釋劑來降低它的粘度而便于進一步加工，其作用是降低粘度，改善樹脂的滲透性。稀釋劑可分惰性及活性二大類，用量一般不超過30%。稀釋劑可分非活性稀釋劑和活性稀釋劑兩種。非活性稀釋劑這種稀釋劑的分子中不含有活性基團，大都是惰性溶劑，如乙醇、丙酮、甲苯等。在稀釋過程中不參加反應(yīng)，它只是共混于樹脂之中并起到降低黏度的目的。除了起到稀釋作用之外，對機械性能、熱變形溫度、耐介質(zhì)及老化破壞等都有影響。應(yīng)考慮到溶劑的揮發(fā)速度

7、，若揮發(fā)速度太快，膠層表面易結(jié)成膜，妨礙膠層內(nèi)部溶劑的逸出。導(dǎo)致膠層中產(chǎn)生氣泡；若揮發(fā)速度太慢，則在膠層內(nèi)留有溶劑，從而會影響膠接強度。通常采用幾種不同沸點的溶劑相混來調(diào)節(jié)揮發(fā)速度。它多用于橡膠型膠粘劑、酚醛型膠粘劑、聚酯型膠粘劑和環(huán)氧膠粘劑等。活性稀釋劑活性稀釋劑是分子中含有活性基團的稀釋劑。它在稀釋膠粘劑的過程中要參加反應(yīng)，同時還能起增韌作用（如在環(huán)氧型膠粘劑中加入甘油環(huán)氧樹脂或環(huán)氧丙烷丁基醚等就能起增韌作用）。本實驗選用的是活性稀釋劑622,黏度（250為720mPa.s,環(huán)氧值為0.730.82eq/100g。其化學(xué)名稱為1,4-丁二醇縮水甘油醚，其經(jīng)驗分子式為：C10H18O4（希爾

8、表示法），分子量202.25?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)如下：（一）固化劑的理論用量的計算：（當(dāng)用胺類作交聯(lián)劑時按下式計算）1對于伯胺、仲胺固化劑可以用以下公式計算：MG=XEvHn符號說明：G=100g環(huán)氧樹脂加入胺的克數(shù)M=胺的分子量Ev=樹脂的環(huán)氧值Hn=胺分子中活潑氫原子總數(shù)例如：E-44環(huán)氧樹脂加乙二胺的合適量是多少？解：查文獻已知，乙二胺的分子量M為60克，分子中活潑氫原子總數(shù)Hn為4,E-44環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為0.44100克環(huán)氧樹脂加入乙二胺的克數(shù)G=（60/4）x0.44=6.6（克）注意：新的環(huán)氧樹脂國家標準的指標沒有了環(huán)氧值，而用環(huán)氧當(dāng)量，其實這沒有實質(zhì)上的區(qū)別。因為：環(huán)氧當(dāng)量=100/環(huán)

9、氧值，環(huán)氧值=100/環(huán)氧當(dāng)量對于胺加成物類固化劑胺的加成物，一般用胺值來表示含胺量的多少。100克環(huán)氧樹脂加入胺的克數(shù)G=活潑氫當(dāng)量X樹脂的環(huán)氧值注意：這是理論值，實際上制漆時環(huán)氧基和活潑氫基有時并不是完全要求一對一等當(dāng)量，還根據(jù)性能要求調(diào)整當(dāng)量比。（二）化學(xué)反應(yīng)：1、主反應(yīng)（聚酰胺650與AG80）4nOHQN按反應(yīng)方程式計算值：AG80與聚酰胺650理論配比計算:化簡：2g環(huán)氧樹脂消耗的固化劑的量：6550105.5二M4C80650M650105.52650 x解得：x=12.32g按環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫數(shù)計算：100克環(huán)氧樹脂加入胺的克數(shù)G=活潑氫當(dāng)量x樹脂的環(huán)氧值100克環(huán)氧樹脂加入固

10、化劑的量G0.8X175=140140=x1002解得：X=2.80.9X175=157.5157.5x100一2解得：X=3.152、次反應(yīng)（聚酰胺650與稀釋劑622）按反應(yīng)方程式計算值：稀釋劑622與聚酰胺650理論配比計算：TOC o 1-5 h zM622=202.25M650650化簡得：650=“650101“622稀釋劑622消耗的固化劑的量：650=X1010!解得：x=0.64按環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫數(shù)計算：100克環(huán)氧樹脂加入胺的克數(shù)G=活潑氫當(dāng)量x樹脂的環(huán)氧值100克環(huán)氧樹脂加入固化劑的量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）環(huán)氧樹脂的固化的三個階段操作時間操作時間（也是工作時間或使用期）是固化時間的一部份，混合之后，樹脂/固化劑混合物仍然是液體和可以工作及適合應(yīng)用。為了保證可靠的粘接，全部施工和定位工作應(yīng)該在固化操作時間內(nèi)做好。進入固化混合物開始進入固化相（也稱作熟化階段），這時它開始凝膠或“突變”。這時的環(huán)氧沒有長時間的工作，可能也將失去粘性。在這個階段不能對其進行任何干擾。它將變成硬橡膠似的軟凝膠物，你用大拇指將能壓得動它。因為這時混合物只是局部固化，新使用的環(huán)氧樹脂仍然能與它化學(xué)鏈接，因此該未處理的表面仍然可以進行粘接或反應(yīng)。無論如何，接

12、近固化的混合物這些能力在減小最終固化環(huán)氧混合物達到固化變成固體階段，這時能砂磨及整型。這時你用大拇指已壓不動它在這時環(huán)氧樹脂約有90%的最終反應(yīng)強度，因此可以除去固定夾件，將它放在室溫下維持若干天使它繼續(xù)固化。這時新使用的環(huán)氧樹脂不能與它進行化學(xué)鏈接，因此該環(huán)氧表面必須適當(dāng)?shù)剡M行預(yù)處理如打磨，才能得到好的粘接機械強度?！?】三、實驗儀器與藥品1、實驗儀器：烘箱、20ml量杯、電子天平、模具、玻璃棒、真空烘箱、攪拌器2、實驗藥品：AG80環(huán)氧樹脂、聚酰胺650固化劑、稀釋劑622四、實驗步驟（一）樣條的制備1、工藝流程（略）2、工藝參數(shù)本實驗采用的是按環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫數(shù)計算出的理論值來設(shè)計相關(guān)的

13、實驗的體系配比（650：622：AG80）聚酰胺650稀釋劑622（5%）AG80樹脂1211202.10.122241202.40.123271202.70.124301203.00.125331203.30.126361203.60.127391203.90.128421204.20.12固化溫度：80C（24h）3、實驗步驟第一步：先把烘箱和真空烘箱打開，將溫度調(diào)到80C，將AG80和聚酰胺650放入到烘箱中預(yù)熱，約15min。第二步：將藥品從烘箱中取出來，各稱量一定量的環(huán)氧樹脂AG8O、稀釋劑622與固化劑聚酰胺650。第三步：將混合物在量杯中攪拌一段時間至混合物充分混合均勻第四步：將

14、混合物澆注到模板中，將混合物平鋪到模板中，用吹風(fēng)機將樹脂表面吹平整第五步：將裝有樹脂的模具放入真空烘箱中固化，抽真空至-0.06MPa,烘箱溫度為80C,注意要將模板放平，以保證樣品厚度均勻，記下開始固化的時間幾第六步：每隔一段時間去觀察樣品，待樣品表面初步固化（即表干），記下時間兒第七步：待樣品固化完全后，將樣品小心取出，裝進式樣袋中進行編號，待用。（二）樣條的力學(xué)性能測試1、樣條的拉伸強度測試2、樣條的沖擊強度測試3、樣條的壓縮強度測試五、實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)（一）樣條的制備實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)1、實驗現(xiàn)象操作階段實驗現(xiàn)象未攪拌前混合體系為均一黃色粘稠狀的液體攪拌中混合體系逐漸有均一黃色透明的液體變?yōu)?/p>

15、黃白色不透明狀液體攪拌后充分攪拌后體系變?yōu)榫稽S白色的液體，夜色分布比較均勻烘箱中靜置將體系放置于80度烘箱中靜止一段時間，發(fā)現(xiàn)混合物表面有一些氣泡產(chǎn)生，體系內(nèi)部均一，無氣泡將體系澆注到模具中將體系澆注到模具后，將在模具中的混合物鋪平，再用熱吹風(fēng)進一步處理使其表面平整，整個過程中發(fā)現(xiàn)模具中混合物表面有氣泡溢出，用牙簽將溢出的細小氣泡處理掉后，再進一步處理，直至模具中的混合物表面不在有氣泡為止將氣泡處理后觀察其表面，發(fā)現(xiàn)有部分樣條表面的顏色有少許分布不均固化階段/樣條成型之后2、操作工藝：1、混合攪拌全程在烘箱加熱的條件下完成的，目的在于降低體系黏度，增大其流動性，使混合物充分的混合均勻2、首次采用全程真空烘干固化的方案圖1稱量藥品圖2在烘箱中全程加熱混合攪拌3、實驗數(shù)據(jù)記錄體系開始固化溫度TQ的時間表干溫度丁1的時間樣條顏色