實驗1 環氧樹脂的環氧值測定
一、 實驗目的
掌握分析環氧樹脂環氧值的方法。
二、 實驗原理
環氧值e定義為100g環氧樹脂中環氧基團物質的量（摩爾數）。
基於0.1mol高氯酸標準滴定液與溴化四乙銨作用所生成的初生態溴化氫同環氧基的反應。使用結晶紫作指示劑，或對於深色產物使用電位滴定法測定終點。其化學反應方程式為
一旦高氯酸過量則hbr就過量。由空白實驗與試樣所耗高氯酸的差值計算樣品的環氧值。該方法的缺點是不適用於含氮元素的環氧樹脂。
三、 實驗儀器和裝置
分析天平、滴定管等及必要的分析純化學試劑。
四、 實驗步驟
1、 取100ml冰乙酸與0.1g結晶紫溶解後作為滴定指示劑。
2、 取8.5ml 70%高氯酸水溶液加入1000ml的容量瓶中，在加入 300ml冰乙酸，搖勻後再加20ml乙酸酐，最後以冰乙酸沖稀到刻度。
3、 標定高氯酸溶液。稱m克鄰苯二甲酸氫鉀（分子質量204.22），用冰乙酸溶解，再用v毫公升高氯酸溶液滴定至顯綠色終點，高氯酸濃度（單位：mol/l）為：
4、 取100g溴化四乙銨溶於400ml冰乙酸中，加幾滴結晶紫指示劑於其中。
5、 稱取環氧樹脂0.5g左右（精確至0.2mg）放入燒瓶中，加入10ml三氯甲烷溶解，加入20ml冰乙酸，再用移液管移10ml溴化四乙銨溶液，立即用已標定了的高氯酸溶液滴定，由紫色變為穩定綠色為滴定終點。
記下所耗毫公升數v1和溫度t。
6、 同時並行取10ml 三氯甲烷、20ml冰乙酸以及用移液管移10ml溴化四乙銨溶液放入燒瓶中，立即用高氯酸滴定，同樣由紫色變成穩定綠色為滴定終點。記錄所耗毫公升數v0（空白實驗）。
7、 環氧值按下式計算：
式中：m——環氧樹脂質量g;
n ——高氯酸標準溶液濃度mol/l；
v1、v0——試樣和空白試驗所耗高氯酸體積ml；
8、 注意所用環氧樹脂應不含氮元素。
實驗2 不飽和聚酯樹脂酸值測定
一、 實驗目的
掌握不飽和聚酯樹脂酸值測定方法。
二、 實驗原理
酸值定義為中和1g不飽和聚酯樹脂試樣所需要koh的毫克數。它是不飽和聚酯樹脂的乙個重要引數，表徵樹脂中游離羥基的含量或合成不飽和聚酯樹脂時聚合反應進行的程度。
三、 實驗儀器及裝置
分析天平、滴定管及分析純化學試劑。
四、 實驗步驟
1、 取1g酚酞與99g乙醇混合配成滴定終點指示劑。
2、 取甲苯和乙醇以體積比1:1配成混合溶劑。
3、 稱取5.6gkoh試劑溶於約1000ml蒸餾水中，然後稱取0.1g ( 精確到0.
2mg )左右的鄰苯二甲酸氫鉀標定準確的koh溶液的濃度（mol/l ）,以酚酞溶液作指示劑，粉紅色15s不褪為終點。
4、 取適量（1g~2g ）不飽和聚酯樹脂於250ml 錐形瓶中，分別用20ml移液管取混合溶劑注入樹脂試樣瓶中和空白錐形瓶中，搖動使樹脂完全溶解。
5、 分別各取數滴酚酞指示劑，並用koh溶液分別滴定，以15s粉紅色不褪為終點，分別記錄所耗koh溶液的毫公升數v和v0。
6、 按下式計算酸值：
酸值式中：m——樹脂試樣的質量g;
v——試樣所耗koh毫公升數；
v0——空白試驗所耗koh毫公升數；
n—— koh標準溶液的濃度，mol/l;
56 .1——koh的分子質量。
該測定酸值的方法在合成不飽和聚酯和飽和聚酯時可以作為監控反應程度的一種方法。在摻入苯乙烯交聯劑後的不飽和聚酯樹脂產品的酸值測定時也適用。
實驗3 酚醛樹脂凝膠時間、揮發分、樹脂含量和固體含量測定
一、 實驗目的
掌握對酚醛樹脂幾個重要技術引數的測定方法，證實酚醛樹脂由b階向c階段過度時放出小分子的事實。
二、 實驗原理
酚醛樹脂由於苯酚上羥甲基（—ch2oh ）的作用，它的固化與環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂不同，在加熱固化過程中兩個—ch2oh作用將會脫下乙個h2o和甲醛（ch2o），甲醛又會馬上與樹脂中苯環上的活性點反應生成乙個新的—ch2oh。這個過程的快慢和放出水分子的本質，將需要用試驗證實，從而幫助學生理解樹脂含量和固體含量的不同含義。
三、 實驗儀器和裝置
分析天平、可調電爐、聚速板、秒錶、稱量瓶或坩堝等。
四、 實驗步驟
1、 將聚速板置於可調電爐上加熱，插入一支溫度計，調至150±1℃且恆定，迅速取a階酚醛樹脂的乙醇溶液1g~1.5g放入聚速板**的凹坑處，同時用秒錶記時並開始用玻璃棒攤平和不斷攪動，樹脂逐漸變成粘稠起絲，直至起絲挑起即斷時為終點，停止秒錶，記錄此時間，即為該樹脂樣品的150℃條件下的凝膠時間，以秒數表示。重複操作三次，同一樹脂每次相差不應大於5s，取其平均值。
2、 取一已恒重的稱量瓶或坩堝，稱量為m1,取1g 左右的a階酚醛樹脂溶液於稱量瓶中，稱量總重為m2,然後將它放入80±2℃的恆溫烘箱中處理60min，取出放入乾燥器中冷卻至室溫，稱量m3,則樹脂含量rc是指揮發溶劑後測出的溶液中樹脂的百分比，即：
3、 將稱量為m3的試樣再放入160±2℃恆溫烘箱中處理60min，取出在乾燥器中冷卻至室溫後稱量為m4，則固體含量sc是指a階樹脂進入c階後樹脂的百分比，即：
揮發分vc就是指b階樹脂進入c階段樹脂過程中放出的水和其他可揮發的成分所佔b階樹脂的百分比，即：
高溫固化絕對脫水量（m3－m4）和溶劑量（m2－m3）與樹脂溶液總量（m2－m1）之比稱為總揮發量fc：
由此，vc與fc的區別是顯而易見的。
思考題1． 對上述兩個環氧值的定義進行分析，並試述你自己的較為準確的環氧值定義。
2． 在國標中規定標定高氯酸溶液濃度時的溫度應與試驗時滴定時的溫度相同，如有差別就要予以校正，按誤差理論分析，用肉眼判斷滴定管的毫公升數時的精度是0.1ml，那麼上述兩溫度相差幾度以上就一定要校正（高氯酸的體積膨脹係數是1.23×10-4/℃）?
3． 酚醛樹脂凝膠時間測定中取樹脂溶液的量多量少是否影響測量準確性?為什麼?
4． 酚醛樹脂與環氧樹脂在固化過程中的差別可以了解為什麼模壓酚醛樹脂模塑料（預浸料）時要中途放氣1～3次的原因，也能了解不同著作中所指樹脂揮發分的物理意義。
實驗4 環氧樹脂熱固化制度的制定方法試驗
一、 實驗目的
進一步了解樹脂高溫熱固化的機理，掌握對環氧樹脂配方進行固化時制定公升溫固化制度的方法。學會使用差熱分析儀和示差掃瞄量熱儀，並掌握試驗結果分析的基本方法。
二、 實驗內容
1、 選定乙個較高溫度才能固化的環氧樹脂配方；
2、 用差熱分析儀（dta）或示差掃瞄量熱儀（dsc）對選定的樹脂配方進行熱分析，得到熱分析曲線；
3、 根據熱分析曲線進行分析判斷，提出該樹脂配方比較合理的熱固化制度。
三、 實驗原理
欲比較每一種環氧樹脂配方的優劣，一定要使它的試樣達到一定的固化度，否則就無法進行比較。。第乙個問題在其它實驗中訓練，第二個問題就是本次實驗中的主要訓練內容。
環氧樹脂在固化時不論是親核試劑還是親電子試劑作固化劑其交聯反應都發生放熱現象，因此採用熱分析儀將試樣與惰性參比物在加熱公升溫條件進行比較，就可以得到兩者之間的差別，從該差別中可以分析出試樣樹脂在加熱條件下交聯反應的程序和反應動力學資訊，由此制定出該樹脂配方熱交聯固化時加熱公升溫的基本程式。這個加熱公升溫程式常被稱為樹脂的熱固化制度。不同固化制度下的樹脂固化度不同。
dta和dsc曲線相似而又有本質差別，但都能指示三個重要的溫度，即開始發生明顯交聯反應的溫度ti、交聯反應放熱（或吸熱）的峰值溫度tp和反應終止的溫度tf。通常，環氧樹脂與固化劑一經混合接觸就開始緩慢地發生交聯反應，只是常溫下反應很慢不易為儀器感知，一旦儀器感知就表示發生了「明顯」的交聯反應。「明顯」二字具有相對性。
曲線頂峰溫度tp是儀器爐散熱、加熱、反應熱效應綜合反映的乙個量，但可以被認為是交聯反應放熱最多的那一時刻。隨著時間推移，試樣反應熱逐漸減少，系統的溫度又趨於參比物，tf點則被認定該試樣的固化交聯完成的標誌。由此我們不難作出如下判斷：
1. 要想使該環氧樹脂配方交聯固化，其固化溫度一定要高於ti,否則它不交聯或交聯太慢；
2.為了不使該樹脂系統交聯反應很激烈，不好控制，選擇的固化溫度不宜開始就高於t p;
3.到了tf以後，再拖延固化時間已不可能提高該樹脂體系的固化程度。
在實際生產和科研中，對環氧樹脂進行固化並不是總處在等速公升溫的環境中，而是在某一溫度下保溫一段時間。最典型的乙個固化制度如圖1所示：
圖1 熱固化制度
圖中tp>t1>ti , t2≥tp.通常t2保溫區持續時間的長短，可以適當調節樹脂的固化度。但是，影響固化的因素很多，如試件大小、形狀、材料厚薄、加熱方式等。
這個實驗僅提供乙個選擇固化溫度的方法，它的可靠性是已得到公認的。
四、實驗儀器
差熱分析儀（dta）或示差掃瞄量熱儀（dsc）、分析天平。
差熱分析儀由七部分組成：加熱爐、爐中樣品和參照物支援器、低能級直流放大器、溫度檢測器、爐溫控制儀和氣氛供控系統。參照物和試樣由同一套加熱系統加熱，於是就認定如無反應熱效應或熱物理效應，則參照物和試樣的溫度一樣，它們之間的溫差δt=0。
一旦試樣有熱效應（熔化、揮發、分解、反應熱等），則溫差δt≠0時。記錄儀的兩支筆分別記錄參照物和試樣的溫度，δt=0時，兩記錄線幾乎重合；δt≠0時，則明顯分開。
由於dta受室內和爐內環境、溫度、操作條件等因素影響，只能定性判斷，定量性不好，由此發展了更準確的熱分析儀dsc。
示差掃瞄量熱儀(dsc)與dta相比有如下幾點差別：一是參照物和試樣分別加熱，分別控制和補償（圖2所示）；
圖2 (a) dta和 (b) dsc加熱原理示意圖 s—試樣 r—參比物
二是增加補償加熱器和補償功率放大器；三是記錄的曲線不是t-t曲線，而是熱變化率dh/dt對溫度或時間的曲線。該儀器工作原理比dta儀更複雜一些。當試樣有放熱效應時其溫度就將高於參比物，而儀器系統不允許兩者有溫度差，則馬上由示差熱電偶產生乙個溫差電勢，經放大送入功率補償放大器，自動調節各自的補償加熱電流，試樣的加熱功率下降，參照物的加熱功率上公升。
於是試樣放熱速率等於試樣與參照物補償功率之差。雖然試樣的放熱速率不能直接測量，但試樣與參照物補償功率之差可以記錄。這樣，雖然dta和dsc曲線相似，但物理含義不同。
dsc曲線是反映放熱速率與溫度t（或時間t）的關係，其曲線之間包絡的面積就是放出的總熱量。所以dsc可以用來測定反應熱和反應活化能。
國產的熱分析儀可以dta 和dsc兩用。
值得一提的是，dta和dsc試驗操作比較簡單，但要取得精確的結果卻不容易。因此，學生在實驗中務必注意試樣多少、加熱公升溫速度快慢、記錄儀走紙速度快慢、通氮氣的流速大小等，因為這些直接影響記錄曲線的形狀。
注意事項：裝試樣的坩堝要選擇合適，試樣不宜裝的太滿，否則公升溫時樹脂溢位毀壞樣品支撐竿。
五、實驗步驟
1． 選擇環氧樹脂配方及其配製
環氧樹脂配方的主要組分是樹脂和固化劑，輔助組分有增韌劑、固化促進劑、阻燃劑等。為了試驗成功，最好不要選擇室溫固化劑，也不要選擇200℃以上交聯反應的固化劑。
（1）稱取環氧樹脂e-51若干克；
（2）按環氧值計算所選固化劑的用量，稱取固化劑；
（3）在容器中混合均勻，待用；
（4）檢查一下所需組分是否都按比例稱取並與樹脂混合均勻。要防止圖省事隨意挑一點環氧樹脂和固化劑在一張硬紙上或玻璃上混合幾下了事，否則得不到好的試驗結果，也無法檢查原因。
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