韓坤霖

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

乒乓球被稱為中國(guó)的“國(guó)球”，是一種世界流行的球類體育項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)以及國(guó)際上都受到各類體育愛好者的普遍關(guān)注和喜愛。乒乓球拍作為進(jìn)行乒乓球運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，在很大程度上其質(zhì)量將決定比賽水平和運(yùn)動(dòng)效果；在制備乒乓球拍的過程中，最為關(guān)鍵的因素之一是異種材料的粘接性能。傳統(tǒng)地采用有機(jī)溶劑制備的膠粘劑雖然具有較好的粘接效果；但是存在環(huán)境污染以及長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)身體有害等負(fù)面效果。而采用粉狀環(huán)氧樹脂膠粘劑可以很好地解決這一問題，且粉狀環(huán)氧樹脂膠粘劑還具有運(yùn)輸方便、自動(dòng)化生產(chǎn)便捷等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)粉狀環(huán)氧樹脂的研究較少，具體促進(jìn)劑種類等對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘劑的作用機(jī)理仍然不清楚。本文擬以2-甲基咪唑?yàn)榇龠M(jìn)劑，考察其添加量對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘劑微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，有助于無污染、高性能乒乓球拍用膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

E-20型雙酚A型環(huán)氧樹脂，青島百辰新材料科技有限公司；六次甲基四胺(HMTA)(化學(xué)純)，南京化學(xué)試劑股份有限公司提供；2-甲基咪唑(2-MI)(化學(xué)純)，武漢吉業(yè)升化工有限公司提供。

將質(zhì)量比100∶8∶(=0～1)的E-20、HMTA和2-MI充分混合后制成混合粉末，之后置于預(yù)熱好的金屬模具中，通過改變2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)來制備不同的環(huán)氧樹脂膠粘劑混合粉末，其中=0時(shí)表示E-20/HMTA；然后在XH-406B型橡膠平板硫化機(jī)上進(jìn)行熱壓固化，溫度為128 ℃、壓強(qiáng)為9.8 MPa、熱壓時(shí)間為8 min，脫模后得到環(huán)氧樹脂膠粘劑樣條。

采用荷蘭Avantes紅外光譜分析儀對(duì)膠粘劑試樣進(jìn)行紅外光譜分析；采用TGA4000性熱重分析儀對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析。按照GB/T 1043.2—2018《塑料 簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定》，在CX-BC-30B型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊性能測(cè)試；室溫拉伸性能測(cè)試按照GB/T 1040.2—2006 《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第2部分:模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件》，在MTS-810型液壓萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為1.5 mm/min，取5根試樣平均值作為測(cè)試結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 結(jié)構(gòu)表征

如圖1所示，分別列出了E-20、E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環(huán)氧樹脂膠粘劑的紅外光譜圖。

由圖1可以看出，紅外光譜圖中929 cm位置對(duì)應(yīng)環(huán)氧樹脂膠粘劑的特征峰；1 047、1 192 cm位置處對(duì)應(yīng)醚鍵伸縮振動(dòng)峰；2 883、2 971、2 937和3 411 cm位置處分別對(duì)應(yīng)—CH的伸縮振動(dòng)峰、—CH的伸縮振動(dòng)峰、—CH的伸縮振動(dòng)峰、—OH的吸收峰。固化反應(yīng)后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環(huán)氧樹脂膠粘劑在929 cm位置和3 411 cm位置處特征峰逐漸減弱，這主要是因?yàn)楣袒磻?yīng)后環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng)并形成了交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所致。

圖1 環(huán)氧樹脂膠粘劑的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrum of epoxy resin adhesive

2.2 沖擊性能

圖2為不同2-甲基咪唑含量的環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊性能。對(duì)比分析可知，隨著2-甲基咪唑含量從0%增加至1%，環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在2-甲基咪唑含量為0.8%時(shí)取得沖擊強(qiáng)度最大值，約為13.3 kJ/m。由此可見，環(huán)氧樹脂膠粘劑中的2-甲基咪唑添加量并不是越多越好，適宜的添加量為0.8%；如果2-甲基咪唑含量較低則環(huán)氧樹脂膠粘劑固化不完全，而如果2-甲基咪唑含量過高，固化反應(yīng)速率過快會(huì)使得聚合反應(yīng)后附著力降低，使得環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的沖擊強(qiáng)度降低。

圖2 不同2-甲基咪唑含量的環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊性能Fig.2 Impact properties of epoxy resin adhesives with different 2-methylimidazole contents

2.3 拉伸性能

表1為不同2-甲基咪唑含量的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能測(cè)試結(jié)果。對(duì)于未添加2-甲基咪唑的試樣，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量分別為42.56 MPa、2.72%和1 922.7 MPa；隨著2-甲基咪唑含量增加，環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率先增加后減小，在2-甲基咪唑含量為0.8%時(shí)取得拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量最大值。此外，添加有2-甲基咪唑的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量都高于未添加2-甲基咪唑的試樣，這也就說明2-甲基咪唑的添加有助于提升環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能，且當(dāng)2-甲基咪唑含量為0.8%時(shí)具有最佳的拉伸性能。

表1 環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能Tab.1 Tensile Properties of epoxy resin adhesive samples

2.4 熱重分析

圖3為2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%和0.8%的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線。

(a)2-甲基咪唑質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%

從圖3(a)的2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線中可知，該試樣的起始分解溫度和最大失重率的溫度分別為173.43 ℃和444.82 ℃，最后殘?zhí)苛考s為7.77%；

從圖3(b)的2-甲基咪唑含量為0.8%的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的TGA曲線中可知，該試樣的起始分解溫度和最大失重率的溫度分別為185.28 ℃和454.57 ℃，最后殘?zhí)苛考s為4.66%。對(duì)比分析可知，相較于2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣，在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%的2-甲基咪唑，環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的起始分解溫度升高了11.85 ℃，最大失重率對(duì)應(yīng)的溫度上升了9.75 ℃，最后殘?zhí)苛繙p少了3.11%。由此可見，在E-20/HMTA中添加0.8%的2-甲基咪唑可以提升環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的熱穩(wěn)定性。

2.5 分析與討論

從不同2-甲基咪唑含量的環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊性能測(cè)試結(jié)果可知，環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都會(huì)隨著2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而先增厚減，在2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)取得沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率最大值，過高的2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)使得環(huán)氧樹脂膠粘劑的固化反應(yīng)速率過快而降低聚合反應(yīng)附著力，相應(yīng)地沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)減小。整體而言，在環(huán)氧樹脂膠粘劑中添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2-甲基咪唑的添加有助于提升環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸性能和沖擊性能，適宜的添加量為2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%。

3 結(jié)語

(1)環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的紅外光譜圖中可見環(huán)氧、醚鍵伸縮振動(dòng)峰、—CH的伸縮振動(dòng)峰、—CH的伸縮振動(dòng)峰和—OH的吸收峰；固化反應(yīng)后，E-20/HMTA和E-20/HMTA/2-MI環(huán)氧樹脂膠粘劑在波數(shù)分別為929 cm位置和3 411 cm位置處特征峰逐漸減弱；

(2)隨著2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加至1%時(shí)，環(huán)氧樹脂膠粘劑的沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；在2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)取得沖擊強(qiáng)度最大值，約為13.3 kJ/m；

(3)隨著2-甲基咪唑含量的增加，環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率先增加后減小，在2-甲基咪唑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%時(shí)取得拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量的最大值。此外，添加2-甲基咪唑的環(huán)氧樹脂膠粘劑試樣的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量都高于未添加2-甲基咪唑的試樣。