单环氧基稀释剂的测定

环氧树脂广泛地应用于浸渍材料,尤其适用于VPI技术。单组分环氧树脂体系有一系列的重要应用包括高压无溶剂绝缘漆及线圈、绝缘体和套管等绝缘浇铸零部件,具备优异的力学强度,耐热性和介电性能。比起其他的浸渍体系(例如不饱和聚酯),环氧树脂具有显著的低挥发性能。哪么单环氧基活性稀释剂对环氧酸酐体系的作用是如何测定的?最近,上海交通大学化学化工学院上海电绝缘与热老化重点实验室,开展了这样的实验,他们首先进行动态DSC法进行稀释体系的研究,用热分析方法监测热固性树脂的固化过程,以及确定最佳固化条件是非常有效的;DCS法由于样品用量少、测量精度高,适用于各种固化体系因而应用广泛。不同稀释剂体系DSC曲线出现2个很明显的放热峰,2个放热峰相隔比较远,峰面积也最大,随着稀释剂用量的增加,2个放热反应峰的起始温度(Ti)峰值温度(Tp),及终止温度(Tt)均向高温方向移动并且2个峰位置靠近,峰面积不断减小峰形变钝,固化反应放热不集中,说明反应速率变慢。放热过程的△Hc基本上随稀释剂用量的增大而减小,而固化反应程度则正比于固化反应放热量。

就是说不同配方的反应放热峰面积的大小,反映了稀释剂的使用提升了起始反应温度同时降低了固化程度。在随后的体系介电性能的分析中,从同一固化条件下的tanδ-T曲线可以看出,低温时tanδ很小且随温度的变化不大,当温度上升至某一定值(140℃)时,tanδ随温度呈指数曲线的形式上升。低温时tanδ很小,这是因为低温下电导损耗可以忽略,此时分子热运动很弱,与热运动有关的松弛极化建立速度很慢,因而松弛极化的贡献甚微,主要由电子位移极化决定,而电子位移极化率与温度无关,但松弛损耗与e-u/kT(u:分子活化能;k:波尔兹曼常数)成正比,故当温度上升(>140℃)时,tanδ随温度呈指数曲线上升。稀释剂的加入通常使环氧树脂固化物介电常数、功耗因素下降,同时也会导致环氧固化物力学强度的下降。H8只含有一个环氧基,固化反应会引起分子链终止,用量一般不超过20%。随着稀释剂用量增多,同一温度下的tanδ也随之增大H8添加量为20份,15份,0份时,150℃下的tanδ分别为0.039,0.029,0.012。当H8用量为15份时,稀释效果明显且介电性能佳。

最后专家们进行了动力学分析。为了更好地确定固化反应工艺以及了解固化过程与产品性能之间的关系,获取最佳的固化条件,研究固化反应动力学是十分必要的。根据Kissinger方程,热固性树脂的固化反应表观活化能△Eα。根据实验所用不同的升温速率及对应的固化反应放热峰的峰值温度。研究人员采用脂环族环氧树脂(ERL4221)和液体酸酐甲基六氢邻苯二甲酸酐(MHHPA)作为固化剂的树脂体系,添加乙酰丙酮铝(A1AcAc)作为潜伏性促进剂,加入单环氧基活性稀释剂(H8),DSC曲线放热峰向高温方向移动,峰形变钝,反应速率变慢;介电损耗一温度谱实验数据显示,随着稀释剂加入量增多,介电损耗值也呈上升趋势,但总体上tanδ还是保持较低值范围内,155℃tanδ最大值不超过0.04。稀释剂(H8)用量为15份时,150℃下的tanδ为0.029,可获得较好的稀释效果和介电性能。利用Kissinger和Crane方程对该固化反应进行动力学分析得出。

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