環(huán)氧涂膜的物理機(jī)械性包括柔韌性、黏結(jié)（附著）性、沖擊韌度、硬度和拉伸強(qiáng)度等。這里主要討論環(huán)氧涂膜與拉伸強(qiáng)度、玻璃化溫度（T_gx）、硬度和剝離強(qiáng)度的關(guān)系。關(guān)于環(huán)氧涂膜的柔韌性、附著性及沖擊性等物理機(jī)械性能，將在環(huán)氧涂料品種中介紹。

   采用液態(tài)雙酚A型環(huán)氧樹脂（環(huán)氧當(dāng)量185～195g/eq）和固化劑，按環(huán)氧當(dāng)量與活潑氫當(dāng)量相等計(jì)量，組成環(huán)氧樹脂-固化劑體系，在80℃下進(jìn)行固化反應(yīng)。得到不同交聯(lián)固化涂膜的交聯(lián)點(diǎn)間表觀摩爾質(zhì)量（M_c）與物理機(jī)械性關(guān)系如下。

 

 

   1.M_c與拉伸強(qiáng)度取固化n=0、1、2、3、4五種胺與環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化形成五種涂膜。其拉伸強(qiáng)度隨M_c增加而緩慢下降，當(dāng)在M_c=2400附近，拉伸強(qiáng)度隨M_c增加而明顯下降；涂膜的伸長率在M_c＜2400時(shí)，基本上不隨M_c增加而變化，當(dāng)在M_c=2400附近，伸長率隨M_c增加而急劇上升。如圖1-13所示。

   2.M_c與硬度采用上面五種胺與環(huán)氧樹脂形成涂膜的邵氏硬度與M_c的關(guān)系，也在M_c=2400附近出現(xiàn)突變，是由于涂膜的有效交聯(lián)密度低到一定限度后而產(chǎn)生柔韌性突變所致。如圖1-14所示。

   3.M_c與T_gx采用上述五種胺與環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化成涂膜的玻璃化溫度為T_gx。其T_gx隨M_c增加而下降。結(jié)果如圖1-15所示。

 

 

   4.M_c與剝離強(qiáng)度取固化劑n=0、1、2、3四種胺與環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化成四種涂膜，其剝離強(qiáng)度與M_c關(guān)系如圖1-16所示。

 

 

   由圖1-16知，四種固化劑與環(huán)氧樹脂形成涂膜的剝離強(qiáng)度，在M_c=2400附近出現(xiàn)極大值，這種現(xiàn)象與圖1-13、圖1-14及圖1-15性能突變相似。

   乙二胺固化劑（n=0）形成涂膜的剝離強(qiáng)度最??；四乙烯五胺固化劑（n=3）形成涂膜的剝離強(qiáng)度最大。在M_c＞2400的區(qū)域內(nèi)，由于涂膜的有效交聯(lián)密度小，對凝集破壞的抵抗作用減弱，則易產(chǎn)生凝集破壞，引起剝離強(qiáng)度下降。在M_c＜2400的區(qū)域內(nèi)，由于涂膜的有效交聯(lián)密度變大，對界面破壞的抵抗作用減弱，則易產(chǎn)生界面破壞，引起剝離強(qiáng)度下降。在M_c=2400（剝離強(qiáng)度極大值點(diǎn)）處，正是從界面破壞轉(zhuǎn)移到凝集破壞的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。圖1-13的拉伸強(qiáng)度在M_c=2400處開始明顯下降，是由于固化物的有效交聯(lián)密度低到一定限度后而引起強(qiáng)烈的凝集破壞導(dǎo)致的結(jié)果。

 

 

   根據(jù)環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其分子中存在可交聯(lián)固化的環(huán)氧基和羥基。通過配方設(shè)計(jì)，能制成高交聯(lián)密度、高產(chǎn)氣率、高成碳率的燒蝕隔熱涂料。下面介紹有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)與燒蝕隔熱性關(guān)系。

   在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的氧-乙炔火焰裝置試驗(yàn)條件下，推導(dǎo)出有機(jī)聚合物的線性燒蝕速率（AR）計(jì)算式。重點(diǎn)研究AR與涂膜耐（抗）燒蝕性的關(guān)系，為設(shè)計(jì)以環(huán)氧樹脂（或改性環(huán)氧樹脂）為基料的燒蝕隔熱涂料奠定基礎(chǔ)。

   1.有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)常數(shù)有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)常數(shù)計(jì)算式如下：

K=10（F+C+D）δ/δ₀

   式中   K———有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)常數(shù)，對已知結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物K是定值；

          F———有機(jī)聚合物的鍵能比值，表征有機(jī)聚合物的耐（抗）燒蝕能力：

          b———有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)重復(fù)單位中，碳-碳雙鍵數(shù)目，包括除氧外的雜原子與碳原子形成雙鍵數(shù)目（碳-碳雙鍵鍵能608.6kJ/mol）；

          s———是有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)重復(fù)單位中，主鏈上及與主鏈碳（硅）原子直接相連基團(tuán)的碳-碳、碳、氧、碳、氮、碳、硅、硅-氧單鍵的數(shù)目，不包括與共軛環(huán)直接相連的羥基（碳-碳單鍵鍵能608.6kJ/mol）；

          C———有機(jī)聚合物的耐熱參數(shù)，表征聚合物共軛環(huán)狀結(jié)構(gòu)和雜原子的耐熱特性，具體數(shù)值：C=（聚合物結(jié)構(gòu)重復(fù)單位中共軛環(huán)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目）+（直接與共軛環(huán)相連的羥基數(shù)目）+（鹵素、硫、硅及金屬原子基團(tuán)數(shù)的一半）；

          D———有機(jī)聚合物的交聯(lián)度，表征有機(jī)聚合物形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的程度，具體數(shù)值：取聚合物結(jié)構(gòu)重復(fù)單位內(nèi)可交聯(lián)基團(tuán)（或可交聯(lián)點(diǎn)）的數(shù)目；若有強(qiáng)氫鍵時(shí)D=1/4：

          δ———有機(jī)聚合物溶度參數(shù)，J^0.5/cm^1.5；

          δ₀———苯的溶度參數(shù)，δ0=18.82J^0.5/cm^1.5；

   有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)常數(shù)（K）由溶度參數(shù)（δ）和化學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)（F+C+D）交互作用決定。δ是聚合鏈段間相互作用或極性強(qiáng)度對K值的貢獻(xiàn)；（F+C+D）是聚合物成鍵原子（或基團(tuán)）間的相互作用K值的貢獻(xiàn)。δ（F+C+D）表征聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)交互效應(yīng)（cross effect）而產(chǎn)生的聚合物結(jié)構(gòu)常數(shù)K值。

   在任何情況下δF值都大于零。當(dāng)δC=δD=0時(shí)，聚合物的耐（抗）燒蝕性差。通常，在選擇耐燒蝕性聚合物時(shí)，應(yīng)保證C和D都有較大的數(shù)值，以獲得好的燒蝕隔熱效果。有機(jī)聚合物的結(jié)構(gòu)參數(shù)及K值見表1-13。

 

 

   若某一聚合物的K=50時(shí)，從表1-13可知該聚合物的耐燒蝕性優(yōu)于E-51環(huán)氧樹脂，而低于熱固性酚醛樹脂。值得注意的是，可溶性聚苯、PBI和PPI的K值相當(dāng)高，是最好的耐燒蝕材料，但將它們制成可涂裝的燒蝕隔熱涂料尚存在問題。因此，酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂及其改性聚合物成為燒蝕隔熱涂料的首選基料品種。

   2.線性燒蝕速率  當(dāng)C和D都不等于零時(shí)，有機(jī)聚合物的線性燒蝕速率可用下式計(jì)算：

 

 

   式中   AR———有機(jī)聚合物的線性燒蝕速率，mm/s；

          d_p———有機(jī)聚合物的密度，g/cm³；

          δ———有機(jī)聚合物的溶度參數(shù)，J^0.5/cm^1.5；

          d_g———有機(jī)聚合物熱裂解氣體的密度，環(huán)氧-酚醛樹脂等，取d_g=0.0012g/cm³；

          F———有機(jī)聚合物的鍵能比值；

          C———有機(jī)聚合物的耐熱參數(shù)；

          D———有機(jī)聚合物的交聯(lián)度；

          E———熱裂解反應(yīng)活化能，熱固性酚醛或酚醛環(huán)氧樹脂等，取E=76494J/mol；

          R———通用氣體常數(shù)，8.306J/(mol·K）；

          Ts———氧-乙炔火焰燒蝕在檢驗(yàn)樣品上的溫度，K（按ASTM E285—65T標(biāo)準(zhǔn)，T_s=3310.8K）。

   理論計(jì)算的AR值和試驗(yàn)測定的AR值基本相符。通過理論計(jì)算和試驗(yàn)測定都能較準(zhǔn)確地選擇燒蝕隔熱涂料的基料，而理論計(jì)算是一種更快捷有效的選材方法，可以縮短時(shí)間、提高效率。某些有機(jī)聚合物的AR值見表1-14。

 

 

   有機(jī)聚合物的AR越小，其耐（抗）燒蝕性越好。

   3.預(yù)測耐（抗）燒蝕性有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)常數(shù)（K）決定線性燒蝕速率（AR），K值越大AR值越小。隨著K值增大，耐（抗）燒蝕性增加、隔熱性提高、AR值減小。

   利用K和AR評價(jià)、比較、預(yù)測有機(jī)聚合物涂膜的燒蝕隔熱性，定量地揭示出有機(jī)聚合物結(jié)構(gòu)與耐（抗）燒蝕性、隔熱性關(guān)系。為選擇燒蝕隔熱涂料中的有機(jī)膠黏劑（基料）提供了科學(xué)方法。

 

 

   不同固化體系形成的環(huán)氧涂膜具有不同的性能。環(huán)氧涂料優(yōu)異的粘接性、耐化學(xué)藥品性、防腐蝕性和耐水性等特性，有的性能是其他涂料品種望塵莫及的。環(huán)氧涂料是許多領(lǐng)域不可缺少的材料。環(huán)氧涂料的特性能否充分展示，取決于環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)、固化劑的性質(zhì)及固化條件、各種助劑的功效等因素，這是環(huán)氧涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)解決的問題。盡管環(huán)氧涂料有許多優(yōu)點(diǎn)，但其戶外耐候性和耐含氧酸性差，為克服上述缺點(diǎn)，已有新品種問世。環(huán)氧涂料的特性比較見表1-15。

 

 

 

 

   目前。國內(nèi)外環(huán)氧樹脂及其改性樹脂制造的涂料品種和應(yīng)用領(lǐng)域大體相同，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如石油化工、食品加工、鋼鐵、機(jī)械、交通運(yùn)輸、電力電子、海洋工程、地下設(shè)施和船舶工業(yè)等都大量使用環(huán)氧涂料。幾類環(huán)氧涂料具體應(yīng)用如下。

   1.防腐蝕涂料人們以防腐蝕涂料的特定要求為依據(jù)，制備出各種防腐蝕涂料。應(yīng)用于鋼材表面、飲水系統(tǒng)、電機(jī)設(shè)備、油輪、壓載艙、鋁及鋁合金表面和特種介質(zhì)等防腐蝕，獲得優(yōu)異的效果。

   2.艦船涂料海上的潮濕、鹽霧、強(qiáng)烈的紫外線和微堿性海水的侵襲等苛刻環(huán)境，對涂膜是一種嚴(yán)峻考驗(yàn)。環(huán)氧涂料附著力強(qiáng)、防銹性和耐水性優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度及耐化學(xué)藥品性好，在艦船防護(hù)中起重要作用。環(huán)氧酯涂料用于船殼、水線和甲板等部位，發(fā)揮了耐磨、耐水、耐油和“濕態(tài)”粘接性強(qiáng)等特點(diǎn)。

   3.電氣絕緣涂料環(huán)氧涂料形成的涂膜具有電阻系數(shù)大、介電強(qiáng)度高、介質(zhì)損失小和“三防”性好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于浸漬電機(jī)及電器設(shè)備的線圈、繞阻及各種絕緣纖維材料、各種組合配件表面、粘接絕緣材料、****導(dǎo)線、澆注料、電子元器件的絕緣保護(hù)等領(lǐng)域。

   4.食品罐頭內(nèi)壁涂料利用環(huán)氧涂料的耐腐蝕性和粘接性，制成耐（抗）酸、硫等介質(zhì)的食品罐頭內(nèi)壁涂料。環(huán)氧樹脂-甲基丙烯酸甲酯一丙烯酸制得水溶性的飲料罐內(nèi)壁涂料，用于啤酒和飲料瓶內(nèi)壁防護(hù)，環(huán)氧-酚醛涂料用于食品罐頭內(nèi)壁防護(hù)、具有好的抗酸（硫）效果。中國是食品工業(yè)大國，食品飲料包裝用涂料前景看好。

   5.水性涂料用環(huán)氧樹脂配制的水性電泳涂料有獨(dú)特的性能。涂膜有優(yōu)良的耐蝕性、保色性和一定的裝飾性。電泳涂料用于汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、電器和輕工產(chǎn)品等領(lǐng)域。

雙組分水性環(huán)氧涂料用于新與舊混凝土間粘接，能有效的防止機(jī)械損傷和化學(xué)藥品危害；利用雙組分水性環(huán)氧涂料對核反應(yīng)堆裝備設(shè)施進(jìn)行防護(hù)，容易除去放射性污染；雙組分水性環(huán)氧地坪涂料等，都是無污染性的涂料品種。

   6.專用環(huán)氧涂料專用環(huán)氧涂料主要用于地下貯罐防腐、防水防滲漏、高溫環(huán)境及宇宙飛行器燒蝕隔熱、指示設(shè)備或儀器的溫度、阻燃防火、高溫防腐、導(dǎo)電、耐核輻射、食品罐防護(hù)、電子元器件包封、鐵軌潤滑及磁性材料防護(hù)等。

   7.粉末涂料環(huán)氧粉末涂料用于家用電器工業(yè)、儀器儀表工業(yè)、電機(jī)工業(yè)、輕工行業(yè)、石油化工防腐、建筑五金、電氣絕緣、船舶工業(yè)和汽車零部件等領(lǐng)域。