雷達吸波涂料用環氧樹脂改性的研究
0 引言
隱身技術已成為現代戰爭的關鍵技術。其實現方法主要是外形隱身和材料隱身2種。外形隱身技術難度較大，容易使目標的結構性能劣化，而采用隱身材料技術相對簡單易行[1]。雷達吸波涂料因其制備簡單，施工方便，不受工件形狀限制等諸多優勢而成為飛行器隱身的理想措施。盡管雷達吸波涂層的厚度比外蒙皮漆大得多，其顏基比也非常大，但要求涂層具有良好的附著力和一定的韌性，以便于涂刷和機械加工[2]。目前雷達吸波涂料采用的樹脂有聚氨酯、環氧樹脂、氯丁橡膠[3]等。現有的這些樹脂都不能完全滿足飛行器的使用要求。環氧樹脂涂層具有優異的附著力，高填充量，耐化學藥品，防腐蝕和耐水性，但制得的雷達吸波涂層柔韌性較差，必須對環氧樹脂固化體系進行改性。環氧樹脂優良的物理化學性能只有通過與固化劑發生交聯聚合作用才能得以實現，固化劑自身的結構和性能在環氧樹脂配方技術中占據重要的地位。本文研究的改性固化劑與環氧樹脂E-51，第3組分樹脂和吸收劑所組成的雷達吸波涂料可滿足飛行器對涂層柔韌性和附著力的要求。
1 實驗部分
1.1反應原理
己二胺氨基上的活潑H部分與環氧基加成進行羥烷基化，再與丙烯腈的雙鍵加成進行氰乙基化。反應簡式如下：
反應產物中仍然存在活潑H可與環氧樹脂發生交聯聚合反應。
1.2原料
己二胺、丙烯腈，天津化學試劑一廠；環氧樹脂E-44、環氧樹脂E-51，第3組分樹脂，岳陽樹脂廠，環氧值分別為0.41、0.51；甲苯，正丁醇，天津市天大化學試劑廠；環己酮，天津化學試劑有限責任公司；丙酮，武漢江北化學試劑有限責任公司。
1.3儀器及設備
四口瓶，冷凝管，恒壓滴液漏斗，電動攪拌器，拉力實驗機，柔韌性測定器，超聲波發生器，鋁合金試柱。
1.4固化劑的制備
在干燥四口瓶中裝入適量的己二胺，通入氮氣保護，水浴升溫至75℃，滴人計算量的環氧樹脂E-44，約1h滴完。滴完后繼續反應1h。然后降低溫度至65℃，滴人計算量的丙烯腈，約20～30min滴完，繼續反應1h，停止反應，取出產物。產物為淡黃色黏稠液體。
1.5涂料的涂裝與測試
1.5.1涂料的制備
固化劑與環氧樹脂E-5l按比例配合。用混合溶劑調節黏度。稱取一定質量的吸收劑(羰基鐵粉)與所配膠粘劑混合，放在超聲波發生器中振蕩1h。
1.5.2涂料的涂裝
底版的表面處理按GB9271規定進行，在室溫下進行刷涂或噴涂，涂層厚度為0.5mm。涂層在47℃固化8h。
1.5.3涂層的性能測試
涂層的附著力按GB/T5210-1985測定，柔韌性按GB/T1731-1993測定。
2 結果與討論
2.1反應溫度
己二胺的熔點為41℃，丙烯腈的沸點為78℃。反應溫度應高于反應物的熔點，使反應體系保持液態均相；但反應溫度過高會使胺類化合物氧化，己二胺與環氧樹脂的反應溫度為70～80℃，加入的丙烯腈由于沸點較低，而且氰乙基化是劇烈的放熱反應，反應溫度可降到60～70℃[4]。
2.2固化劑改性比的選擇
固定己二胺/丙烯腈物質的量比為1：1，研究環氧樹脂E-44的環氧基與己二胺中活潑H物質的量比對涂層力學性能的影響，結果見表l。
由表1可見，當上述比值小于0.200，涂層具有較強的附著力，而柔韌性很差；而該值大于0.200時，2種性能則與之相反。
固定環氧樹脂E-44的環氧基與己二胺中活潑H物質的量比為0.210時，研究己二胺/丙烯腈的物質的量比對涂層力學性能的影響，見表2。
由表2可見，隨著己二胺/丙烯腈物質的量比的增加，涂層柔韌性變好，相應的附著力變小。 2.3第3組分樹脂用量對涂層力學性能的影響
綜合以上數據，環氧樹脂E-44中環氧基與己二胺活潑H的物質的量比為0.210，己二胺.丙烯腈物質的量比為1.0合成固化劑與環氧樹脂E-51配合，涂層附著力為16.8MPa，柔韌性為10mm，綜合力學性能較好。為了提高柔韌性，第3組分樹脂被添加到E-51和固化劑的固化體系中。樹脂具有長鏈結構且含有較多極性側基。其加入量(占總樹脂質量分數)對涂層力學性能的影響如表3所示。
由表3可見，樹脂的加入量為15%時，涂層既有良好的柔韌性又有較高的附著力。
3結論
雷達吸波涂層的附著力和柔韌性指標：附著力(與鋁合金)10～15MPa，柔韌性10～15mm[5]。本文合成的固化劑與環氧樹脂E-51、第3組分樹脂、吸收劑配合所組成的雷達吸波涂料有較高的附著力(14.4MPa)和優異的柔韌性(5mm)，其力學性能基本滿足雷達吸波涂料的技術指標，具有一定的應用前景。
參考文獻：
[1]趙清榮.雷達隱身涂料的發展現狀[J].雷達與對抗，2001，3：21.
[2]王超.室溫固化耐熱環氧樹脂結構膠粘劑[J].膠粘劑，200l，10(5)：14-15．
[3]劉東暉.吸收雷達波涂料工藝性能的研究[J].現代涂料與涂裝，20¨OO，(6)：11．
[4]龔云金.改性己二胺制備TG301環氧樹脂室溫固化劑[J].膠粘劑，1994，4(1)：36．
[5]王曉紅，劉俊能.雷達吸波涂層膠粘劑的現狀與發展[J].宇航材料工藝．1997．(2)：13．
隱身技術已成為現代戰爭的關鍵技術。其實現方法主要是外形隱身和材料隱身2種。外形隱身技術難度較大，容易使目標的結構性能劣化，而采用隱身材料技術相對簡單易行[1]。雷達吸波涂料因其制備簡單，施工方便，不受工件形狀限制等諸多優勢而成為飛行器隱身的理想措施。盡管雷達吸波涂層的厚度比外蒙皮漆大得多，其顏基比也非常大，但要求涂層具有良好的附著力和一定的韌性，以便于涂刷和機械加工[2]。目前雷達吸波涂料采用的樹脂有聚氨酯、環氧樹脂、氯丁橡膠[3]等。現有的這些樹脂都不能完全滿足飛行器的使用要求。環氧樹脂涂層具有優異的附著力，高填充量，耐化學藥品，防腐蝕和耐水性，但制得的雷達吸波涂層柔韌性較差，必須對環氧樹脂固化體系進行改性。環氧樹脂優良的物理化學性能只有通過與固化劑發生交聯聚合作用才能得以實現，固化劑自身的結構和性能在環氧樹脂配方技術中占據重要的地位。本文研究的改性固化劑與環氧樹脂E-51，第3組分樹脂和吸收劑所組成的雷達吸波涂料可滿足飛行器對涂層柔韌性和附著力的要求。
1 實驗部分
1.1反應原理
己二胺氨基上的活潑H部分與環氧基加成進行羥烷基化，再與丙烯腈的雙鍵加成進行氰乙基化。反應簡式如下：
反應產物中仍然存在活潑H可與環氧樹脂發生交聯聚合反應。
1.2原料
己二胺、丙烯腈，天津化學試劑一廠；環氧樹脂E-44、環氧樹脂E-51，第3組分樹脂，岳陽樹脂廠，環氧值分別為0.41、0.51；甲苯，正丁醇，天津市天大化學試劑廠；環己酮，天津化學試劑有限責任公司；丙酮，武漢江北化學試劑有限責任公司。
1.3儀器及設備
四口瓶，冷凝管，恒壓滴液漏斗，電動攪拌器，拉力實驗機，柔韌性測定器，超聲波發生器，鋁合金試柱。
1.4固化劑的制備
在干燥四口瓶中裝入適量的己二胺，通入氮氣保護，水浴升溫至75℃，滴人計算量的環氧樹脂E-44，約1h滴完。滴完后繼續反應1h。然后降低溫度至65℃，滴人計算量的丙烯腈，約20～30min滴完，繼續反應1h，停止反應，取出產物。產物為淡黃色黏稠液體。
1.5涂料的涂裝與測試
1.5.1涂料的制備
固化劑與環氧樹脂E-5l按比例配合。用混合溶劑調節黏度。稱取一定質量的吸收劑(羰基鐵粉)與所配膠粘劑混合，放在超聲波發生器中振蕩1h。
1.5.2涂料的涂裝
底版的表面處理按GB9271規定進行，在室溫下進行刷涂或噴涂，涂層厚度為0.5mm。涂層在47℃固化8h。
1.5.3涂層的性能測試
涂層的附著力按GB/T5210-1985測定，柔韌性按GB/T1731-1993測定。
2 結果與討論
2.1反應溫度
己二胺的熔點為41℃，丙烯腈的沸點為78℃。反應溫度應高于反應物的熔點，使反應體系保持液態均相；但反應溫度過高會使胺類化合物氧化，己二胺與環氧樹脂的反應溫度為70～80℃，加入的丙烯腈由于沸點較低，而且氰乙基化是劇烈的放熱反應，反應溫度可降到60～70℃[4]。
2.2固化劑改性比的選擇
固定己二胺/丙烯腈物質的量比為1：1，研究環氧樹脂E-44的環氧基與己二胺中活潑H物質的量比對涂層力學性能的影響，結果見表l。
由表1可見，當上述比值小于0.200，涂層具有較強的附著力，而柔韌性很差；而該值大于0.200時，2種性能則與之相反。
固定環氧樹脂E-44的環氧基與己二胺中活潑H物質的量比為0.210時，研究己二胺/丙烯腈的物質的量比對涂層力學性能的影響，見表2。
由表2可見，隨著己二胺/丙烯腈物質的量比的增加，涂層柔韌性變好，相應的附著力變小。 2.3第3組分樹脂用量對涂層力學性能的影響
綜合以上數據，環氧樹脂E-44中環氧基與己二胺活潑H的物質的量比為0.210，己二胺.丙烯腈物質的量比為1.0合成固化劑與環氧樹脂E-51配合，涂層附著力為16.8MPa，柔韌性為10mm，綜合力學性能較好。為了提高柔韌性，第3組分樹脂被添加到E-51和固化劑的固化體系中。樹脂具有長鏈結構且含有較多極性側基。其加入量(占總樹脂質量分數)對涂層力學性能的影響如表3所示。
由表3可見，樹脂的加入量為15%時，涂層既有良好的柔韌性又有較高的附著力。
3結論
雷達吸波涂層的附著力和柔韌性指標：附著力(與鋁合金)10～15MPa，柔韌性10～15mm[5]。本文合成的固化劑與環氧樹脂E-51、第3組分樹脂、吸收劑配合所組成的雷達吸波涂料有較高的附著力(14.4MPa)和優異的柔韌性(5mm)，其力學性能基本滿足雷達吸波涂料的技術指標，具有一定的應用前景。
參考文獻：
[1]趙清榮.雷達隱身涂料的發展現狀[J].雷達與對抗，2001，3：21.
[2]王超.室溫固化耐熱環氧樹脂結構膠粘劑[J].膠粘劑，200l，10(5)：14-15．
[3]劉東暉.吸收雷達波涂料工藝性能的研究[J].現代涂料與涂裝，20¨OO，(6)：11．
[4]龔云金.改性己二胺制備TG301環氧樹脂室溫固化劑[J].膠粘劑，1994，4(1)：36．
[5]王曉紅，劉俊能.雷達吸波涂層膠粘劑的現狀與發展[J].宇航材料工藝．1997．(2)：13．
