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常見問題

環氧樹脂介紹

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/11/3     瀏覽次數:    


  環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物,除個別外,它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征,環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團,使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。

應用特性

  1、 形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求,其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。

  2、 固化方便。選用各種不同的固化劑,環氧樹脂體系幾乎可以在0~180℃溫度范圍內固化。

  3、 粘附力強。環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在,使其對各種物質具有很高的粘附力。環氧樹脂固化時的收縮性低,產生的內應力小,這也有助于提高粘附強度。

  4、 收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的,沒有水或其它揮發性副產物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比,在固化過程中顯示出很低的收縮性(小于2%)。

  5、 力學性能。固化后的環氧樹脂體系具有優良的力學性能。

  6、 電性能。固化后的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。

  7、 化學穩定性。通常,固化后的環氧樹脂體系具有優良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣,化學穩定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑,可以使其具有特殊的化學穩定性能。

  8、 尺寸穩定性。上述的許多性能的綜合,使環氧樹脂體系具有突出的尺寸穩定性和耐久性。

  9、 耐霉菌。固化的環氧樹脂體系耐大多數霉菌,可以在苛刻的熱帶條件下使用。

類型分類

  根據分子結構,環氧樹脂大體上可分為五大類:

  1、 縮水甘油醚類環氧樹脂

  2、 縮水甘油酯類環氧樹脂

  3、 縮水甘油胺類環氧樹脂

  4、 線型脂肪族類環氧樹脂

  5、 脂環族類環氧樹脂

  復合材料工業上使用量最大的環氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環氧樹脂,而其中又以二酚基丙烷型環氧樹脂(簡稱雙酚A型環氧樹脂)為主。其次是縮水甘油胺類環氧樹脂。

  1、 縮水甘油醚類環氧樹脂

  縮水甘油醚類環氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環氧氯丙烷縮聚而成的。

 ?。?)二酚基丙烷型環氧樹脂 二酚基丙烷型環氧樹脂是由二酚基丙烷與環氧氯丙烷縮聚而成。

  工業二酚基丙烷型環氧樹脂實際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數的分子是含有兩個環氧基端的線型結構。少數分子可能支化,極少數分子終止的基團是氯醇基團而不是環氧基。因此環氧樹脂的環氧基含量、氯含量等對樹脂的固化及固化物的性能有很大的影響?!」I上作為樹脂的控制指標如下:

 ?、侪h氧值。環氧值是鑒別環氧樹脂性質的最主要的指標,工業環氧樹脂型號就是按環氧值不同來區分的。環氧值是指每100g樹脂中所含環氧基的物質的量數。環氧值的倒數乘以100就稱之為環氧當量。環氧當量的含義是:含有1mol環氧基的環氧樹脂的克數。

 ?、跓o機氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡合作用而影響樹脂的固化,同時也影響固化樹脂的電性能,因此氯含量也環氧樹脂的一項重要指標。

 ?、塾袡C氯含量。樹脂中的有機氯含量標志著分子中未起閉環反應的那部分氯醇基團的含量,它含量應盡可能地降低,否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。

 ?、軗]發分。

 ?、菡扯然蜍浕c。

 ?。?)酚醛多環氧樹脂 酚醛多環氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環氧樹脂,它與二酚基丙烷型環氧樹脂相比,在線型分子中含有兩個以上的環氧基,因此固化后產物的交聯密度大,具有優良的熱穩定性、力學性能、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。它們是由線型酚醛樹脂與環氧氯丙烷縮聚而成的。

 ?。?)其它多羥基酚類縮水甘油醚型環氧樹脂 這類樹脂中具有實用性的代表有:間苯二酚型環氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環氧樹脂、四酚基乙烷型環氧樹脂和三羥苯基甲烷型環氧樹脂,這些多官能縮水甘油醚樹脂固化后具有高的熱變形溫度和剛性,可單獨

  或者與通用E型樹脂共混,供作高性能復合材料(ACM)、印刷線路板等基體材料。

 ?。?)脂族多元醇縮水甘油醚型環氧樹脂 脂族多元醇縮水甘油醚分子中含有兩個或兩個以上的環氧基,這類樹脂絕大多數粘度很低;大多數是長鏈線型分子,因此富有柔韌性。

  2、其它類型環氧樹脂

 ?。?)縮水甘油酯類環氧樹脂 縮水甘油酯類環氧樹脂和二酚基丙烷環氧化樹脂比較,它具有粘度低,使用工藝性好;反應活性高;粘合力比通用環氧樹脂高,固化物力學性能好;電絕緣性好;耐氣候性好,并且具有良好的耐超低溫性,在超低溫條件下,仍具有比其它類型環氧樹脂高的粘結強度。有較好的表面光澤度,透光性、耐氣候性好。

 ?。?)縮水甘油胺類環氧樹脂 這類樹脂的優點是多官能度、環氧當量高,交聯密度大,耐熱性顯著提高。上前國內外已利用縮水甘油胺環氧樹脂優越的粘接性和耐熱性,來制造碳纖維增強的復合材料(CFRP)用于飛機二次結構材料。

 ?。?)脂環族環氧樹脂 這類環氧樹脂是由脂環族烯烴的雙鍵經環氧化而制得的,它們的分子結構和二酚基丙烷型環氧樹脂及其它環氧樹脂有很大差異,前者環氧基都直接連接在脂環上,而后者的環氧基都是以環氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。脂環族環氧樹脂的固化物具有以下特點:①較高的壓縮與拉伸強度;②長期暴置在高溫條件下仍能保持良好的力學性能;③耐電弧性、耐紫外光老化性能及耐氣候性較好。

 ?。?)脂肪族環氧樹脂 這類環氧樹脂分子結構里不僅無苯核,也無脂環結構。僅有脂肪鏈,環氧基與脂肪鏈相連。環氧化聚丁二烯樹脂固化后的強度、韌性、粘接性、耐正負溫度性能都良好。

使用指南

  環氧樹脂及環氧樹脂膠粘劑本身無毒,但由于在制備過程中添加了溶劑及其它有毒物,因此不少環氧樹脂因此“有毒”,近年國內環氧樹脂業正通過水性改性、避免添加等途徑,保持環氧樹脂“無毒”本色。目前絕大多數環氧樹脂涂料為溶劑型涂料,含有大量的可揮發有機化合物(VOC),有毒、易燃,因而對環境和人體造成危害。

  環氧樹脂一般和添加物同時使用,以獲得應用價值。添加物可按不同用途加以選擇,常用添加物有以下幾類:(1)固化劑;(2)改性劑;(3)填料;(4)稀釋劑;(5)其它。

  其中固化劑是必不可少的添加物,無論是作粘接劑、涂料、澆注料都需添加固化劑,否則環氧樹脂不能固化。

  由于用途性能要求各不相同,對環氧樹脂及固化劑、改性劑、填料、稀釋劑等添加物也有不同的要求?,F將它們的選擇方法簡介于下:

 ?。ㄒ唬┉h氧樹脂的選擇

  1、 從用途上選擇

  作粘接劑時最好選用中等環氧值(0.25-0.45)的樹脂,如6101、634;作澆注料時最好選用高環氧值(>0.40)的樹脂,如618、6101;作涂料用的一般選用低環氧值(<0.25)的樹脂,如601、604、607、609等。

  2、 從機械強度上選擇

  環氧值過高的樹脂強度較大,但較脆;環氧值中等的高低溫度時強度均好;環氧值低的則高溫時強度差些。因為強度和交聯度的大小有關,環氧值高固化后交聯度也高,環氧值低固化后交聯度也低,故引起強度上的差異。

  3、 從操作要求上選擇

  不需耐高溫,對強度要求不大,希望環氧樹脂能快干,不易流失,可選擇環氧值較低的樹脂;如希望滲透性也,強度較好的,可選用環氧值較高的樹脂。

 ?。ǘ?、固化劑的選擇

  1、固化劑種類:

  常用環氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺,另外在光引發劑的作用下紫外線或光也能使環氧樹脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類固化劑,加溫固化則常用酸酐、芳香類固化劑。

  環氧值是鑒定環氧樹脂質量的最主要指標,環氧樹脂的型號劃分就是根據環氧值的不同來區分的。環氧值是指100克樹脂中所含環氧基的克當量數。

  2、固化劑的用量

 ?。?)胺類作交聯劑時按下式計算:

  胺類用量=MG/Hn

  式中:

  M=胺分子量

  Hn=含活潑氫數目

  G=環氧值(每100克環氧樹脂中所含的環氧當量數)

  改變的范圍不多于10-20%,若用過量的胺固化時,會使樹脂變脆。若用量過少則固化不完善。

 ?。?)用酸酐類時按下式計算:

  酸酐用量=MG(0.6~1)/100式中:

  M=酸酐分子量

  G=環氧值(0.6~1)為實驗系數

  3、 選擇固化劑的原則:固化劑對環氧樹脂的性能影響較大,一般按下列幾點選擇。

 ?。?)、從性能要求上選擇:有的要求耐高溫,有的要求柔性好,有的要求耐腐蝕性好,則根據不同要求選用適當的固化劑。

 ?。?)、從固化方法上選擇:有的制品不能加熱,則不能選用熱固化的固化劑。

 ?。?)、從適用期上選擇:所謂適用期,就是指環氧樹脂加入固化劑時起至不能使用時止的時間。要適用期長的,一般選用酸酐類或潛伏性固化劑。

 ?。?)、從安全上選擇:一般要求毒性小的為好,便于安全生產。

 ?。?)、從成本上選擇。

 ?。ㄈ?、改性劑的選擇

  改性劑的作用是為了改善環氧樹脂的鞣性、抗剪、抗彎、抗沖、提高絕緣性能等。常用改性劑有:

 ?。?)、聚硫橡膠:可提高沖擊強度和抗剝性能。

 ?。?)、聚酰胺樹脂:可改善脆性,提高粘接能力。

 ?。?)、聚乙烯醇叔丁醛:提高抗沖擊鞣性。

 ?。?)、丁腈橡膠類:提高抗沖擊鞣性。

 ?。?)、酚醛樹脂類:可改善耐溫及耐腐蝕性能。

 ?。?)、聚酯樹脂:提高抗沖擊鞣性。

 ?。?)、尿醛三聚氰胺樹脂:增加抗化學性能和強度。

 ?。?)、糠醛樹脂:改進靜彎曲性能,提高耐酸性能。

 ?。?)、乙烯樹脂:提高抗剝性和抗沖強度。

 ?。?0)、異氰酸酯:降低潮氣滲透性和增加抗水性。

 ?。?1)、硅樹脂:提高耐熱性。

  聚硫橡膠等的用量可以在50-300%之間,需加固化劑;聚酰胺樹脂、酚醛樹脂用量一般為50-100%,聚酯樹脂用量一般在20-30%,可以不再另外加固化劑,也可以少量加些固化劑促使反應快些。

  一般說來改性劑用量越多,柔性就愈大,但樹脂制品的熱變形溫度就相應下降。

  為改善樹脂的柔性,也常用增韌劑如:鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯。

 ?。ㄋ模?、填料的選擇

  填料的作用是改善制品的一些性能,并改善樹脂固化時的散熱條件,用了填料也可以減少環氧樹脂的用量,降低成本。因用途不同可選用不同的填料。其大小最好小于100目,用量視用途而定。常用填料簡介如下:

  填料名稱 作用

  石棉纖維、玻璃纖維 增加韌性、耐沖擊性

  石英粉、瓷粉、鐵粉、水泥、金剛砂 提高硬度

  氧化鋁、瓷粉 增加粘接力,增加機械強度

  石棉粉、硅膠粉、高溫水泥 提高耐熱性

  石棉粉、石英粉、石粉 降低收縮率

  鋁粉、銅粉、鐵粉等金屬粉末 增加導熱、導電率

  石墨粉、滑石粉、石英粉 提高抗磨性能及潤滑性能

  金剛砂及其它磨料 提高抗磨性能

  云母粉、瓷粉、石英粉 增加絕緣性能

  各種顏料、石墨 具有色彩

  另外據資料報導適量(27-35%)P、AS、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb的氧化物添加在樹脂中能在高熱度、壓力下保持粘接性。

 ?。ㄎ澹?、稀釋劑的選擇

  其作用是降低粘度,改善樹脂的滲透性。稀釋劑可分惰性及活性二大類,用量一般不超過30%。常用稀釋劑如下:

  活性稀釋劑

  名稱 牌號 用途 備注

  二縮水甘油醚 600 ~30% 需多加計算量固化劑

  多縮水甘油醚 630 同上 同上

  環氧丙烷丁基醚 660 ~15% 同上

  環氧丙烷苯基醚 690 同上 同上

  二環氧丙烷乙基醚669 同上 同上

  三環氧丙烷丙基醚662 同上 同上

  惰性稀釋劑

  名稱 用量 備注

  二甲苯 ~15% 不需多加固化劑

  甲苯 同上 同上

  苯 同上 同上

  丙酮 同上 同上

  在加入固化劑之前,必須對所使用的樹脂、固化劑、填料、改性劑、稀釋劑等所有材料加以檢查,應符合以下幾點要求:

 ?。?)、不含水份:含水的材料首先要烘干,含少量水的溶劑應盡量少用。

 ?。?)、純度:除水份以外的雜質含量最好在1%以下,若雜質在5-25%時雖也可使用權,但須增加配方的百分比。少量使用時用試劑級較好。

 ?。?)、了解各材料是否失效。

  在缺少驗收條件的廠,使用前最好按配方做個小樣試驗。

  (六)、固化的三個階段

  1. 液體-操作時間

  操作時間(也是工作時間或使用期)是固化時間的一部份,混合之后,樹脂/固化劑混合物仍然是液體和可以工作及適合應用。為了保證可靠的粘接,全部施工和定位工作應該在固化操作時間內做好。

  2.凝膠-進入固化

  混合物開始進入固化相(也稱作熟化階段),這時它開始凝膠或“突變”。這時的環氧沒有長時間的工作可能,也將失去粘性。在這個階段不能對其進行任何干擾。它將變成硬橡膠似的軟凝膠物,你用大姆指將能壓得動它。

  因為這時混合物只是局部固化,新使用的環氧樹脂仍然能與它化學鏈接,因此該未處理的表面仍然可以進行粘接或反應。無論如何,接近固化的混合物這些能力在減小

  3. 固體-最終固化

  環氧混合物達到固化變成固體階段,這時能砂磨及整型。這時你用大拇指已壓不動它,在這時環氧樹脂約有90%的最終反應強度,因此可以除去固定夾件,將它放在室溫下維持若干天使它繼續固化。

  這時新使用的環氧樹脂不能與它進行化學鏈接,因此該環氧表面必須適當地進行預處理如打磨,才能得到好的粘接機械強度。

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