环氧树脂固化模型野外浇注试验

马骏，邢坤，刘正跃，王岩，王理杰，朱建行，隗陈征，杨明鑫

（大连海洋大学 海洋科技与环境学院，辽宁大连 116023）

环氧树脂模型广泛用于掘穴生物的洞穴形态研究，是研究生物扰动和个体行为学的较为经济和直观的方法。在国外，此方法已应用于蝼虾蛄[1]、弹涂鱼[2]等潮间带物种，国内只见于环氧树脂模型用于大弹涂鱼洞穴结构的研究[3]。

本研究采用E-44环氧树脂和T31固化剂，在辽宁省盘锦市辽河口湿地开展野外实地实验，通过浇注天津厚蟹洞穴，试验了不同环境温度和配比下的环氧树脂模型固化效果，包括混合物流动性、化学热、凝固时间、沸腾时间和凝固后质地，总结出一套操作性良好的固化程序和方法，为未来开展类似的野外实验提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

E-44环氧树脂: E-44环氧树脂是一种含有环氧基因的高分子聚合物，具有疏水性、化学性质稳定、耐高温和高黏度的特点。

T31固化剂: T31固化剂，其成分为酚醛胺，在室外高温、低温和潮湿等条件下与环氧树脂有较好的固化性能。

1.2 实验方法

E-44环氧树脂和T31固化剂的混合体积比为8∶1、4∶1、2∶1、1∶1和1∶2，实验分别于3月10日、6月28日、10月15日和12月17日进行，分别记录正午时天津厚蟹洞穴分布区气温、土壤表层1 cm和底层10 cm处温度。环氧树脂呈透明状，春冬两季低温下呈黏稠状，为方便操作，在与固化剂混合前需在室内加热。

2 结果与分析

2.1 混合比影响

盘锦红海滩湿地天津厚蟹分布区全年正午气温变化剧烈，12月和6月气温可分别达到-10～30℃，春秋两季气温在0～10℃；底层10 cm处土壤温度变化较外界气温小，掘穴可创造适宜的生存环境；表层土壤温度变化与气温类似，但春冬季节形成的冻土层厚度达20～40 cm。在实际操作中，冻土洞穴中积存的冰雪影响了树脂模型浇注效果，应尽量避免在春冬季节进行实地实验。

T31固化剂淡黄色，其流动性不受环境温度影响。混合物质地根据固化剂的用量而变化，固化剂用量越大，流动性越好，如图1所示。8∶1混合时，树脂模型流动性差，凝固时间长。4∶1和2∶1的混合比例也易产热，如不及时浇注于洞穴中使其热量散发，化学热会不断积聚直至沸腾。1∶1混合时，产生的化学热不断积聚，如不在短时间内用于浇注，反应器中的混合液容易沸腾，产生大量气泡，温度接近100℃，操作时务必小心，如夏季室外温度接近30℃时，1∶1混合物搅动5 min后树脂模型便已沸腾，如图2所示。1∶2比例混合时树脂模型24 h内不会凝固。

图1 树脂模型不同混合比例

2.2 温度影响

此外，在不同环境温度下，树脂模型凝固时间明显不同：2∶1和4∶1混合比例在春冬两季时树脂模型室外凝固时间较长，2∶1混合后凝固时间为8 h，4∶1混合后凝固时间可达10 h（表1）；夏秋季节，2∶1和4∶1混合比例凝固时间较短，分别约为1 h和2 h（表2）。在实际工作中，推荐使用4∶1和2∶1混合比例的树脂模型，凝固时间在春、冬两季为10 h以内，夏、秋两季为2 h以内。

表1 春冬季节不同配比树脂模型的室外凝固时间

2.3 T31固化剂与聚酰胺树脂固化剂比较

E 44环氧树脂和T31固化剂是市场上常见的铸模材料。环氧值是指每100 g树脂中所含环氧基的物质的量数，是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标。E-44为企业牌号，代表平均环氧值为0.44。E-44环氧树脂加热至200℃也变化不大，与适宜比例的固化剂混合后机械强度好。固化剂种类繁多[4]，其固化效果也不同。张其永[3]采用了聚酰胺树脂固化剂，其与环氧树脂的混合比例为1∶1，不同的混合比例可能与固化剂的种类有关。笔者采用无毒和无刺激性气味的T31固化剂，其成分为酚醛胺[5]，可用于水下固化，适合沿海湿地掘穴动物洞穴形态的现场研究。

表2 夏秋季节不同配比树脂模型的室外凝固时间

E-44环氧树脂在20℃以下呈黏稠状，不易搅拌，在浇注洞穴的实际应用中，春冬季节应在室内加热的方法促进环氧树脂的流动性，在20℃左右温度下与固化剂混合。环氧树脂用量越大，流动性较差，8∶1比例混合时质地黏稠，无法用于浇注树脂模型；T31固化剂用量越大，混合物流动性越佳，但凝固后质地和耐热性均越差，2∶1比例混合后的树脂模型在夏季高温时易变形，导致实验结果失真，1∶1比例混合后迅速用于浇注，虽然也能凝固，但树脂模型质脆，容易破损。

沸腾现象与化学热的产生有关，与环境温度关系不大，冬季混合后不宜加热，以防止沸腾。在夏秋两季气温比较高时，混合物搅动后更易沸腾，1∶1比例混合5 min后便已沸腾，当混合物比例为2∶1和4∶1时，搅动时间不宜超过5 min，并在短时间内用于浇注，以防止沸腾。

3 结论

环氧树脂用量越大，流动性越差，但凝固后质地越硬，耐热性越佳。综合考量，实际操作中混合比例2∶1和4∶1的树脂模型固化效果最佳，其中夏季时推荐使用混合比例为4∶1，其他季节可使用2∶1的混合比例；另外，4∶1混合后的流动性较好，可应用于小洞穴的浇注。

[1]Candisani L,Sumida P,Pires-vanin A.Burrow Morphology and Mating Behaviour of the Thalassinidean Shrimp Upogebia noronhensis[J].Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom,2001,81(5):799-803.

[2]Itani G,Uchino T.Burrow Morphology of the Goby Taenioides cirratus[J].Journal of the Marine Biological Association of the Uk,2003,83(4):881-882.

[3]张其永,洪万树,陈仕玺,等.潮间带大弹涂鱼产卵习性和自然受精卵孵化研究[J].热带海洋学报,2006,25(5):68-73.

[4]李娟,郭杰,刘青.环氧树脂固化剂研究新进展[J].化工新型材料,2017(3):31-33.

[5]李娟,张兴喜.酚醛胺(T31)环氧树脂固化剂的应用与发展综述[J].化工时刊,2005,19(11):39-41.