环氧粉末涂料的增韧改性

   韧剂的加入,在树脂集体内部形成了海岛结构 , 增韧剂微粒的存在 , 使得粉末涂料的韧性得到了极大的提高。 DMA 分析表明 , 增韧前后粉末涂料的储能模量和玻璃化转变温度均有所升高。 DTA 分析表明 , 少量增韧剂的引入有益于树脂的热稳定性能的提高。 
    关键词 : 粉末涂料 ; 增韧 ; 力学性能 ; 热稳定性能 ; 环氧树脂 
    0 　引　言 
    以环氧树脂为基料的粉末涂料具有粘结力强、耐高温、耐湿热、防腐和优异的电绝缘性能等优点 , 广泛应用于高压电机、电器以及电子器件的绝缘包封 , 其缺点是韧性较差。不少学者对此做了有益的探索研究 , 用活性弹性体 ( 包括橡胶、橡胶核 / 塑料壳的粒子 ) 对其进行改性是其中较为成功的例子 [ 1 - 6 ] 。本文采用国内某厂家生产的增韧剂 A 对环氧粉末涂料进行增韧改性取得了良好的效果。 
    1 　实验部分 
    1. 1 　原　料 
    双酚A 环氧树脂 : 工业品 , 岳阳石化公司生产 , 牌号 CYD- 014, Ew = 710 - 875; 双氰胺 : 工业品 , 山西玉新双氰胺有限公司生产 , 含量大于 99.%; 增韧剂 A: 工业品 , 液体 , 使用前与环氧树脂在熔融状态下采用机械搅拌混合 , 然后冷却至室温备用。 
    1. 2 　样条的制备 
    进行动态力学分析 (DMA) 的样条是在加压的条件下进行固化的。固化后 , 切成尺寸为 40 mm × 10 mm × 1.0 mm 样条待用。 
    1. 3 　粉末涂料的制备 
    配方组成见表 1 。将各组分先投入到 PHY - 100B 型高速混合器中 , 在挤出之前首先以 1 000 r/min 预混 60 s, 然后用 GSJ- 30E 挤出机挤出。产品经过冷却 , 切成片状 , 用 F - 80 研磨机研成粉状 , 最后用分样筛筛分 , 得到最大粒子尺寸为 105 μ m 的粉末。 
    采用静电喷涂技术将粉末涂料喷涂在面积为 150 mm × 75 mm × 2 mm 钢板上 , 180 ℃ 固化 30 min, 放置 24 h 后进行测试。 
                      
                           表 1 粉末涂料配方
    1. 4 　测试与表征 
    (1) 扫描电镜 ( SEM) 
    断截面的微观形态用电子扫描显微镜观察 (Hitachi S - 520) 。 
    (2) 动态力学分析 (DMA) 
    Du Pont DMA 983; 双悬臂梁法 ; 频率 : 10 Hz; 振幅 : 0. 1 mm ; 试样尺寸 : 30 mm × 10 mm × 2 mm ; 升温速率 : 3 ℃ /min; 温度范围 : - 20 ～ 170 ℃ 。玻璃化转变温度为损耗角正切值最大处的温度值。 
    (3) 热重分析 ( TGA) 
    Perkin - Elmer TG/DTA - 6300; 升温速率 : 20 ℃ /min; N 2 保护。 
    除了热重分析和动态力学分析外 , 其他所有测试均按 ASTM 标准执行。 
    2 　结果与讨论 
    2. 1 　涂料的物理性能测试 
    涂料的物理性能见表 2 。
                        
                                 表 2 增韧前后涂料的物理性能
    从表 2 可以看出 , 加入适量的增韧剂 A 可以大幅度提高环氧粉末涂料的耐冲击性和韧性。 
    2. 2 　固化体系内的增韧剂的分散状态 
    图 1 是不同增韧剂加入量的断截面的 SEM 照片。
                                
                                           没有加入增韧剂
                               
                                         增韧剂A的含量为1份
                               
                                        增韧剂A的含量为12份
　   从图 1 ( a) 可以看出 , 固化后的环氧树脂基体的断截面是平滑的 , 表现为脆断的特征。当加入 1 份增韧剂 A 时 , 固化后的环氧树脂基体的断截面不再是平滑的 , 表面分布有一些大小为 3 μ m 左右的微粒 , 正是这些微粒吸收了大量的冲击能从而提高了树脂基体的韧性。从图中还可以看出 , 当增韧剂 A 的量增加到 12 份时 , 在断截面表面所形成的海岛结构有消失的趋势 , 所以当其用量继续增加时 , 涂料的耐冲击性也会降低 , 这从表 2 也可看出。
    2. 3 　增韧剂对树脂动态力学性能的影响 
    图 2 为储能模量和损耗角正切值 tan δ在不同增韧剂用量时的温度曲线。 
                 
    从图 2 可以看出 , 纯的环氧树脂固化基体和增韧剂 A 用量为 1 份时的玻璃化转变 ( 由主链运动引起的α转变 ) 温度分别为 111 ℃ 和 132 ℃ 。从图中还可以看出 , 增韧剂添加量为 1 份时的玻璃化状态的模量远高于纯的环氧树脂的。当增韧剂的添加量为 2 份时的两个转变温度分别为 - 45 ℃ 和 121 ℃ , 此时的玻璃化状态的模量仍然是纯的环氧树脂的两倍。结果表明 , 增韧剂的加入可以提高环氧树脂的动态力学性能。 
    2. 4 　增韧剂含量对树脂热性能的影响 
    图 3 是不同含量增韧剂增韧的环氧树脂的热稳定性能曲线。
                  
                    图 3 增韧剂及环氧粉末涂料增韧前后的热失重曲线
    从图 3 可以看出，尽管所使用的增韧剂具有较低的分解温度，少量增韧剂的加入仍然可以提高树脂的耐热性能，如加入量为 1 份时，可以提高 14 ℃ 。但当增韧剂用量过多时 , 树脂的热稳定性能变差。 
    3 　结　语 
    所选用的增韧剂可以提高环氧树脂粉末涂料的耐冲击性，但随着加入量的增加提高的幅度变得不太明显，加量太大时耐冲击性降低。增韧后涂料的玻璃化状态的储能模量和玻璃化转变温度较未改性的均有较大提高，储能模量甚至可以增加2倍。少量增韧剂的引入可以提高粉末涂料的耐热性能。