邢素丽,曾竟成,肖加余,邱求元,王 遵,杨孚标
(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)
摘要：利用正丁基缩水甘油醚(BGE)对2-乙基-4-甲基咪唑(EMZ)进行了改性,合成了含有羟基的EMZ固化剂(M-EMZ)。以所合成的M-EMZ为芯材、以聚 醚酰亚胺(PEI)为壁材,采用乳液-溶剂蒸发技术,成功制备了M-EMZ固化剂微胶囊。该固化剂微胶囊均具 有规则的球形,粒径分布较窄,平均粒径约为25μm。所制备的固化剂微胶囊具有优良的固化活性、释放性能和潜伏性能,可以在100℃下使E-51环氧树脂在2h内固化且室温储存期在3个月以上。
关键词：微胶囊;潜伏性固化剂;环氧树脂;乳液溶剂 蒸发法
中图分类号：TQ323.5文献标识码:A
文章编号：1001-9731(2006)06-0936-04
1 引 言
作为高性能纤维增强复合材料的基体材料,环氧树脂基体因其具有优良的粘结性能、力学性能和热性能等而在航空航天等高技术领域得到了越来越广泛的 应用[1]。在环氧树脂基体的成型过程中,固化工艺是其最重要的工序之一,因此固化剂的选择尤为重要。现有的环氧树脂固化剂种类很多,可分为潜伏性固化 剂和显在性固化剂[2,3]两大类。目前常用的潜伏性固化剂主要是低温潜伏型和高温固化型,远远不能满足现代战争中武器装备的外场修复用复合材料预浸料体 系的需要。为此,在常温下具有良好的贮存性能并在中温条件下可快速固化的潜伏性固化剂的研究逐渐成为相关领域的研究热点。其中,固化剂的微胶囊化是最重要的发展方向之一。它利用微胶囊缓释原理,将常用的低温固化剂进行包覆,以降低其在常温下的反应活性并延长预浸料的适用期,当外界条件(温度、压力等)改变时,微胶囊壁破裂,固化剂释放出来并固化树脂。
本文选用环氧树脂常用的咪唑类固化剂为研究对象,对其进行了改性,合成了含有羟基的M-EMZ固化剂,并采用乳液-溶剂蒸发技术对其微胶囊化过程进行了研究。
2 实 验
2.1 实验原料
热塑性聚醚酰亚胺(PEI),上海全中贸易有限公司;2-乙基-4-甲基咪唑(EMZ),上海试剂一厂;聚乙烯醇(PVA),苏州桃源新亭化工厂;二氯甲烷,天津市大茂化学试剂厂;丁基缩水甘油醚(BGE),上海树脂有限公司;环氧树脂E-51,岳阳石化公司环氧树脂厂。
2.2 M-EMZ固化剂的制备
将一定量的EMZ溶于二甲苯中并形成均匀溶液, 搅拌的同时将BGE均匀加入该体系中,然后将体系温度升至一定温度进行反应,最后通过减压蒸馏除去二甲苯即可制得棕色并具有一定粘度的反应产物M-EMZ。
2.3 M-EMZ固化剂微胶囊的制备
M-EMZ固化剂微胶囊是采用乳液-溶剂蒸发法制备的,其制备工艺机理简图如图1所示。
首先,将M-EMZ与PEI按一定比例均匀溶于一 定量的二氯甲烷中,搅拌的同时缓慢滴入一定浓度的 PVA水溶液;然后将体系升至一定温度回流2~5h, 并采用常压或减压蒸馏除去溶剂;最后,将蒸馏产物冷 却至室温并抽滤即可得固化剂微胶囊。
2.4 表征方法
采用扫描电子显微镜(SEM, KYKY1000B)观察了固化剂微胶囊的形貌和浇铸体拉伸断面的形态。对于微胶囊壁厚及内部形貌,采用树脂浇铸嵌样———打 磨———清洗———喷金法进行制样,并在SEM下进行观察。利用体视显微镜及其自带的分析软件对微胶囊进行形貌观察和粒度分布表征。利用带加热台的光学显微镜观察微胶囊在环氧树脂中的释放过程:首先将少量微胶囊固化剂均匀分散于适量的环氧树脂中,然后将该分散体系均匀涂覆在载玻片上并置于显微镜的加热台上,将加热台加热至实验所需温度,并在显微镜下观察并记录微胶囊固化剂在环氧树脂中的动态释放过程。