雷达吸波涂料用环氧树脂改性的研究

BMA004

周金向1，黄慧萍1，龚荣洲2     (1.中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北武汉430074；2.华中科技大学电子科技与技术系，湖北武汉430074)     摘要：选用原料己二胺、环氧树脂、丙烯腈合成1种改性固化剂。由该固化剂、环氧树脂E-51以及其他组分制成了涂料。经测试其涂层具有较高的柔韧性和良好的粘接强度，力学性能基本满足雷达吸波涂料的技术要求。
    关键词：雷达吸波涂料；环氧树脂；改性     中图分类号：TQ323.5文献标识码：A文章编号：1002-7432(2005)03-0036-03
0引言     隐身技术已成为现代战争的关键技术。其实现方法主要是外形隐身和材料隐身2种。外形隐身技术难度较大，容易使目标的结构性能劣化，而采用隐身材料技术相对简单易行[1]。雷达吸波涂料因其制备简单，施工方便，不受工件形状限制等诸多优势而成为飞行器隐身的理想措施。尽管雷达吸波涂层的厚度比外蒙皮漆大得多，其颜基比也非常大，但要求涂层具有良好的附着力和一定的韧性，以便于涂刷和机械加工[2]。目前雷达吸波涂料采用的树脂有聚氨酯、环氧树脂、氯丁橡胶[3]等。现有的这些树脂都不能完全满足飞行器的使用要求。环氧树脂涂层具有优异的附着力，高填充量，耐化学药品，防腐蚀和耐水性，但制得的雷达吸波涂层柔韧性较差，必须对环氧树脂固化体系进行改性。环氧树脂优良的物理化学性能只有通过与固化剂发生交联聚合作用才能得以实现，固化剂自身的结构和性能在环氧树脂配方技术中占据重要的地位。本文研究的改性固化剂与环氧树脂E-51，第3组分树脂和吸收剂所组成的雷达吸波涂料可满足飞行器对涂层柔韧性和附着力的要求。
1实验部分     1.1反应原理     己二胺氨基上的活泼H部分与环氧基加成进行羟烷基化，再与丙烯腈的双键加成进行氰乙基化。反应简式如下：

    反应产物中仍然存在活泼H可与环氧树脂发生交联聚合反应。
    1.2原料     己二胺、丙烯腈，天津化学试剂一厂；环氧树脂E-44、环氧树脂E-51，第3组分树脂，岳阳树脂厂，环氧值分别为0.41、0.51；甲苯，正丁醇，天津市天大化学试剂厂；环己酮，天津化学试剂有限责任公司；丙酮，武汉江北化学试剂有限责任公司。     1.3仪器及设备     四口瓶，冷凝管，恒压滴液漏斗，电动搅拌器，拉力实验机，柔韧性测定器，超声波发生器，铝合金试柱。
1.4固化剂的制备
    在干燥四口瓶中装入适量的己二胺，通入氮气保护，水浴升温至75℃，滴人计算量的环氧树脂E-44，约1h滴完。滴完后继续反应1h。然后降低温度至65℃，滴人计算量的丙烯腈，约20～30min滴完，继续反应1h，停止反应，取出产物。产物为淡黄色黏稠液体。     1.5涂料的涂装与测试     1.5.1涂料的制备     固化剂与环氧树脂E-5l按比例配合。用混合溶剂调节黏度。称取一定质量的吸收剂(羰基铁粉)与所配胶粘剂混合，放在超声波发生器中振荡1h。     1.5.2涂料的涂装     底版的表面处理按GB9271规定进行，在室温下进行刷涂或喷涂，涂层厚度为0.5mm。涂层在47℃固化8h。     1.5.3涂层的性能测试     涂层的附着力按GB/T5210-1985测定，柔韧性按GB/T1731-1993测定。
2结果与讨论
    2.1反应温度     己二胺的熔点为41℃，丙烯腈的沸点为78℃。反应温度应高于反应物的熔点，使反应体系保持液态均相；但反应温度过高会使胺类化合物氧化，己二胺与环氧树脂的反应温度为70～80℃，加入的丙烯腈由于沸点较低，而且氰乙基化是剧烈的放热反应，反应温度可降到60～70℃[4]。     2.2固化剂改性比的选择     固定己二胺/丙烯腈物质的量比为1：1，研究环氧树脂E-44的环氧基与己二胺中活泼H物质的量比对涂层力学性能的影响，结果见表l。      表1环氧树脂E-44与己二胺中活泼H配比对涂层柔性和附着力的影响

编号	N(环氧基)/n(活泼H)	柔韧性/mm	附着力/MPa
1	0.224	5	10.3
2	0.210	10	16.8
3	0.200	>15	17.1
4	0.187	>15	17.7
5	0.162	>15	20.1

    由表1可见，当上述比值小于0.200，涂层具有较强的附着力，而柔韧性很差；而该值大于0.200时，2种性能则与之相反。
固定环氧树脂E-44的环氧基与己二胺中活泼H物质的量比为0.210时，研究己二胺/丙烯腈的物质的量比对涂层力学性能的影响，见表2。
             表2己二胺/丙烯腈物质的量比对涂层柔韧性和附着力的影响(固化条件同上)

编号	N(己二胺)/n(丙烯腈)	柔韧性/mm	附着力/MPa
1	0.6	15	20.0
2	0.8	15	17.8
3	1.0	10	16.8
4	1.2	5	11.3

    由表2可见，随着己二胺/丙烯腈物质的量比的增加，涂层柔韧性变好，相应的附着力变小。2.3第3组分树脂用量对涂层力学性能的影响
    综合以上数据，环氧树脂E-44中环氧基与己二胺活泼H的物质的量比为0.210，己二胺.丙烯腈物质的量比为1.0合成固化剂与环氧树脂E-51配合，涂层附着力为16.8MPa，柔韧性为10mm，综合力学性能较好。为了提高柔韧性，第3组分树脂被添加到E-51和固化剂的固化体系中。树脂具有长链结构且含有较多极性侧基。其加入量(占总树脂质量分数)对涂层力学性能的影响如表3所示。     由表3可见，树脂的加入量为15%时，涂层既有良好的柔韧性又有较高的附着力。                表3第3组分树脂加入量对涂层力学性能的影响(固化条件同上)

ω(第3组分树脂)/%	柔韧性/mm	附着力/MPa
5	10	17.0
10	10	15.6
15	5	14.4
20	5	9.6

    3结论
    雷达吸波涂层的附着力和柔韧性指标：附着力(与铝合金)10～15MPa，柔韧性10～15mm[5]。本文合成的固化剂与环氧树脂E-51、第3组分树脂、吸收剂配合所组成的雷达吸波涂料有较高的附着力(14.4MPa)和优异的柔韧性(5mm)，其力学性能基本满足雷达吸波涂料的技术指标，具有一定的应用前景。
参考文献：