4. CTBN添加量对环氧冲击强度的影响
固定体系下的单因素变量设计
本例只改变一个变量：CTBN 在环氧体系中的质量分数。其余配方与工艺全部锁定，否则冲击强度的变化无法归因于橡胶用量。锁定项包括：E51 环氧（环氧值 0.51 eq/100g）、固化剂选用甲基四氢苯酐（MTHPA，酸酐当量 166 g/eq）、促进剂 2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MZ）用量 0.5 phr、预反应条件 120 ℃/40 min、固化程序 90 ℃/1 h + 150 ℃/2 h + 180 ℃/1 h。
配比以“每 100 g E51 为基准”计算。CTBN 质量分数定义为 m(CTBN) / [m(E51) + m(CTBN)]，取 5%、10%、15%、20%、25% 五档。酸酐用量按环氧基与羧基共同消耗的活泼氢当量折算：CTBN 的羧基含量按 0.055 eq/100g 计（示例值，实际以批次检测报告为准），其羧基在预反应中与环氧基加成，因此酸酐需按剩余环氧值计算。
| CTBN 质量分数 | CTBN (g) | E51 (g) | 预反应后剩余环氧值 (eq/100g) | MTHPA (g) | 2E4MZ (g) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5% | 5.26 | 100 | 0.481 | 79.8 | 0.53 |
| 10% | 11.11 | 100 | 0.452 | 75.0 | 0.56 |
| 15% | 17.65 | 100 | 0.423 | 70.2 | 0.59 |
| 20% | 25.00 | 100 | 0.394 | 65.4 | 0.63 |
| 25% | 33.33 | 100 | 0.365 | 60.6 | 0.67 |
计算示例（10% 档）：CTBN 羧基消耗环氧基 = 11.11 g × 0.055 eq/100g = 0.00611 eq；剩余环氧基 = 100 g × 0.51/100 − 0.00611 = 0.5039 eq；折算剩余环氧值 = 0.5039 / 111.11 g × 100 = 0.452 eq/100g。酸酐质量 = 0.5039 eq × 166 g/eq = 83.6 g？此处需注意：酸酐当量 166 g/eq 对应的是每 eq 环氧基所需质量，故 MTHPA = 0.5039 × 166 = 83.6 g。表中 75.0 g 是按“每 100 g 树脂混合物”归一后的数值，两者基准不同，制样时以实际称量为准。
试样制备与冲击测试
- 将 CTBN 与 E51 按上表称量，120 ℃ 搅拌预反应 40 min，得到稳定预聚体。
- 降温至 80 ℃，加入 MTHPA 与 2E4MZ，真空脱泡 10 min。
- 浇入预热 90 ℃ 的模具，按 90 ℃/1 h + 150 ℃/2 h + 180 ℃/1 h 固化，自然冷却脱模。
- 每组加工 5 根无缺口简支梁冲击试样（80 mm × 10 mm × 4 mm），按 GB/T 1043.1 测试，记录冲击强度并取中位数。
增韧效率曲线的判读
将五档质量分数对应的冲击强度作图，典型趋势为：低添加量区间冲击强度上升较快，随后增速放缓，超过某一用量后出现平台甚至回落。增韧效率可用单位橡胶增量带来的冲击强度增量表示：η = Δak / Δw。曲线拐点即“经济用量”，继续加胶收益递减，同时拉伸模量与玻璃化转变温度下降。
结果判读与配方决策
示例数据呈现的规律是：5% 到 15% 区间曲线斜率最大，增韧效率最高；15% 到 20% 斜率明显减小；20% 之后冲击强度不再上升甚至轻微回落，说明橡胶相体积分数已接近体系可容纳上限，过量橡胶导致颗粒粗化与基体模量损失。据此，若目标是冲击强度最大化，取 20% 附近；若需兼顾刚度与成本，取 12%~15% 更合理。
验证方法：对选定用量重复制备一批试样，复测冲击强度，偏差应控制在 ±10% 以内；同时补测弯曲模量与 DMA 的 Tg，确认增韧收益没有以过度牺牲刚性和耐热性为代价。