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【樂分享】常見環氧樹脂種類及性能

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【摘要】:
環氧樹脂(EpoxyResin)是泛指含有兩個或兩個以上環氧基,以脂肪族、脂環族或芳香族等有機化合物為骨架并能通過環氧基團反應形成有用的熱固化產物的高分子低聚體(Oligomer)。當聚合度n為零時,稱之為環氧化合物,簡稱環氧化物(Epoxide)。這些低相對分子質量樹脂雖不完全滿足嚴格的定義但因具有環氧樹脂的基本屬性在稱呼時也不加區別地統稱為環氧樹脂。典型的環氧樹脂結構如下式。?

一、 定義  

 

1、環氧樹脂(Epoxy Resin)是泛指含有兩個或兩個以上環氧基,以脂肪族、脂環族或芳香族等有機化合物為骨架并能通過環氧基團反應形成有用的熱固化產物的高分子低聚體(Oligomer)。當聚合度n為零時,稱之為環氧化合物,簡稱環氧化物(Epoxide)。這些低相對分子質量樹脂雖不完全滿足嚴格的定義但因具有環氧樹脂的基本屬性在稱呼時也不加區別地統稱為環氧樹脂。典型的環氧樹脂結構如下式。

        

2、環氧基是環氧樹脂的特性基團,它的含量多少是這種樹脂最為重要的指標。描述環氧基含量有以下幾種不同的表示法:      

⑴ 環氧當量 :是指含有1mol環氧樹脂的質量,低相對分子質量(分子量)環氧樹脂的環氧當量為175~200g/mol,隨著分子量的增大環氧基間的鏈段越長,所以高分子量環氧樹脂的環氧當量就相應的高。  

 

⑵ 環氧值 :每100g樹脂中所含有環氧基的物質的量(摩爾)。這種表示方法有利于固化劑用量的計量和用量的表示。因為固化劑用量的含義是每100g環氧樹脂中固化劑的加入量(part perhundred of resin縮寫成phr)。我國采用環氧值這一物理量。

 

環氧當量=100/環氧值

 

 

3、粘度的定義      

粘度:液體在流動時,在其分子間產生的內摩擦的性質,稱為液體的黏性,黏性的大小用黏度表示,是用來表征液體性質相關的阻力因子。  

 

粘度單位有兩種:

1、厘泊 (cps)   

2、毫帕秒 (m·pas)        

 

    1厘泊(cps)= 1 毫帕秒(m·pas)    

 


 

二、 種類及性能  

 

分類標準

 

環氧樹脂的分類目前尚未統一,一般按照強度、耐熱等級以及特性分類,環氧樹脂的主要品種有16種,包括通用膠、結構膠、耐高溫膠、耐低溫膠、水中及潮濕面用膠、導電膠、光學膠、點焊膠、環氧樹脂膠膜、發泡膠、應變膠、軟質材料粘接膠、密封膠、特種膠、潛伏性固化膠、土木建筑膠16種。

 

幾種分類

 

對環氧樹脂膠黏劑的分類在行業中還有以下幾種分法:

1、按其主要組成 分為純環氧樹脂膠黏劑和改性環氧樹脂膠黏劑;

2、按其專業用途 分為機械用環氧樹脂膠黏劑、建筑用環氧樹脂膠黏劑、電子環氧樹脂膠黏劑、修補用環氧樹脂膠黏劑以及交通用膠、船舶用膠等;

3、按其施工條件 分為常溫固化型膠、低溫固化型膠和其他固化型膠;

4、按其包裝形態 可分為單組分型膠、雙組分膠和多組分型膠等;

還有其他的分法,如無溶劑型膠、有溶劑型膠及水基型膠等。但以組分分類應用較多。

1、雙酚A型環氧樹脂 :雙酚A(即二酚基丙烷)型

環氧樹脂即二酚基丙烷縮水甘油醚。在環氧樹脂中它的原材料易得、成本最低,因而產量最大(在我國約占環氧樹脂總產量的90%,在世界約占環氧樹脂總產量的75%~80%),用途最廣,被稱為通用型環氧樹脂。由雙酚A型環氧樹脂的分子結構決定了它的性能具有以下特點:  

 

⑴ 是熱塑性樹脂,但具有熱固性,能與多種固化劑,催化劑及添加劑形成多種性能優異的固化物,幾乎能滿足各種使用需求。  

⑵ 樹脂的工藝性好。固化時基本上不產生小分子揮發物,可低壓成型。能溶于多種溶劑。

⑶ 固化物有很高的強度和粘結強度。

⑷ 固化物有較高的耐腐蝕性和電性能。

⑸ 固化物有一定的韌性和耐熱性。  

⑹ 主要缺點是:耐熱性和韌性不高,耐濕熱性和耐候性差。  

 

2、雙酚F型環氧樹脂 :這是為了降低雙酚A型環氧樹脂本身的粘度并具有同樣性能而研制出的一種新型環氧樹脂。通常是用雙酚F(二酚基甲烷)與環氧氯丙烷在NaOH作用下反應而得的液態雙酚F型環氧樹脂。  

 

雙酚F型環氧樹脂的特點是黏度小,不到雙酚A型環氧樹脂黏度的1/3,對纖維的浸漬性好。其固化物的性能與雙酚A型環氧樹脂幾乎相同,但耐熱性稍低而耐腐蝕性稍優。液態雙酚F型環氧樹脂可用于無溶劑涂料、膠粘劑、鑄塑料、玻璃鋼及碳纖維復合材料等。  

 

3、多酚型縮水甘油醚環氧樹脂:多酚型縮水甘油醚環氧樹脂是一類多官能團環氧樹脂。在其分子中有兩個以上的環氧基,因此固化物的交聯密度大,具有優良的耐熱性、強度、模量、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。  

 

4、脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂:脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂是由二元或多元醇與環氧氯丙烷在催化劑作用下開環醚化,生成氯醇中間產物,再與堿反應,脫HCl閉環,形成縮水甘油醚。  

 

脂肪族縮水甘油醚環氧樹脂是由二個或二個以上環氧基與脂肪鏈直接相連而成。在分子結構里沒有苯環、脂環和雜環等環狀結構。這類樹脂絕大多數粘度很小,大多數品種居于偶水溶性,大多數是長鏈型分子,因此富有柔韌性。但其耐熱性較差。  

 

5、縮水甘油酯型環氧樹脂:縮水甘油酯型環氧樹脂是20世紀50年代發展起來的一類環氧樹脂,是分子結構中有二個或二個以上縮水甘油酯基的化合物。

 

主要特點是:

 

⑴ 黏度小,工藝性好。可用于澆注、包封,也可用作活性稀釋劑。  

⑵ 反應活性大,凝膠時間只有雙酚A型環氧樹脂的一半左右。  

⑶ 與其他環氧樹脂的相溶性好,可與之混用以改進普通環氧樹脂的性能。  

⑷ 粘接強度高,固化物的力學性能好。

⑸ 具有良好的耐超低溫性。在-196℃到-253℃的超低溫條件下,具有比雙酚A型環氧樹脂高的抗剪強度。  

⑹ 電絕緣性好,尤其是耐漏電痕跡性好。

⑺ 表面光澤度及透光性好。  

⑻ 由于分子中不含酚氧基,因此耐候性優于雙酚A型環氧樹脂。  

⑼ 主要缺點是酯鍵的存在使耐水性、耐酸性和耐堿性較差,耐熱性也較低。  

 

6、縮水甘油胺型環氧樹脂:縮水甘油胺型環氧樹脂是用伯胺或仲胺與環氧氯丙烷合成的含有二個或二個以上縮水甘油胺基的化合物。這類環氧樹脂的特點是多官能性,黏度低,活性高,環氧當量小,交聯密度大,耐熱性高,粘接力強,力學性能和耐腐蝕性好,可與其它類型環氧樹脂混用。其缺點是有一定脆性,分子結構中有環氧基又有胺基,因此有自固化性,貯存期短。  

 

7、環氧化烯烴化合物  

⑴ 脂環族環氧樹脂:脂環族環氧樹脂(環氧化脂環烯烴化合物)是含有二個脂環環氧基的低分子化合物。本身不是聚合物,但是與固化劑作用后能生成性能優異的三維體型結構的聚合物。  

 

脂環族環氧樹脂是低分子化合物,黏度小、工藝性好。可作為活性稀釋劑用。環氧當量小,交聯密度大,再加上有熱穩定性好的剛性脂環,因此耐熱性高,但較脆,韌性差。固化收縮小,拉伸強度高。由于合成過程中不含Cl、Na等離子,所以電性能好,尤其是高溫電性能及耐電弧性好。不含苯環,因而耐紫外線及耐候性好。

 

⑵ 脂肪族環氧化烯烴化合物:它是以脂肪族烯烴的雙鍵用過氧化物環氧化而制得的環氧樹脂。在其分子結構中沒有苯環、脂環和雜環,只有脂肪鏈。其性能特點:

a、為線型大分子。同時具有聚丁二烯橡膠結構和環氧樹脂結構,因此具有良好的沖擊韌性和粘結性能。  

b、和脂環族環氧樹脂相似,易與酸酐類固化劑發生反應,而與親核性固化劑(胺類)的反應性較低。  

c、樹脂分子中還含有雙鍵和羥基。  

d、當采用酸酐-多元醇為固化劑,并同時添加苯乙烯及過氧化物引發劑,則可進一步增加交聯密度,從而提高耐熱性及力學性能。  

e、與固化劑混溶后黏度小,操作方便,工藝性好。

f、固化物有良好的耐熱性,熱變形溫度可達200℃以上,在高溫下有非常突出的強度保持率。粘結性、耐候性及電性能均優異,在200℃電性能很穩定。  

g、主要缺點是固化收縮率大。  

 

8、雜環型和混合型環氧樹脂

⑴ 雜環型縮水甘油環氧樹脂:這是一類含有雜環的高性能環氧樹脂。縮水甘油基直接連接在雜環上,因而具有優異的耐熱性、耐候性和電性能。主要產品有:

a、三聚氰酸環氧樹脂(三聚氰酸三縮水甘油環氧樹脂、TGIC):是三聚氰酸與環氧氯丙烷在催化劑作用下合成的一種具有三氮雜環的多官能團環氧樹脂。TGIC的反應活性比雙酚A型環氧樹脂要高,溶解性差,所以通常都用酸酐做固化劑,加熱固化,它具有優異的耐高溫性、化學穩定性、耐紫光老化性和耐候性。力學性能和電性能良好,尤其是在高溫下能保持優良的力學性能和電性能。固化物硬而脆,耐機械沖擊和熱沖擊性能差。 

 

b、 海因(Hydantion)環氧樹脂:海因環氧樹脂是含有海因環(五元二氮雜環)的一類新型環氧樹脂。這類樹脂可以是縮水甘油胺型、縮水甘油醚型或縮水甘油酯型樹脂,也可以是單海因核或多海因核樹脂。其具有下列特點:① 黏度低、工藝性好。② 熱穩定性好,耐熱性高。③ 耐候性好。其涂料在日光或紫外線暴曬下,不易發黃和粉化。④ 在高電壓及超高壓下電性能突出,尤其是具有優良的耐電弧性和抗漏電痕跡性,可用做耐高電壓絕緣器件。⑤ 極性很強、黏度低,因而對玻璃纖維、碳纖維和多種填料都是有很好的潤濕能力和粘結性,可在不降低工藝性的前提下添加大量填料,從而使膨脹系數及成本降低。⑥ 毒性小。可用作食品包裝和衛生包裝用的涂料、無毒膠粘劑等。⑦ 水溶性海因環氧樹脂可用來處理紡織品、紙張,以提高其強度和抗皺性能。  

 

⑵ 混合型環氧樹脂:這是一類在其分子中同時含有兩種不同類型環氧基的環氧樹脂。因此它同時具有這兩類環氧樹脂的特性。從而在其固化性能和使用性能上帶來了一些單一類型環氧樹脂所不具備的特點。例如,由于兩類環氧基的活性不同,因而有可能實現分段固化,或制成B階樹脂,亦有可能實現低溫固化高溫使用的要求。在選擇固化劑時有更大的靈活性。這就給配方設計和工藝設計提供了更多的選擇余地,能更好地滿足工藝要求和使用要求,擴大了使用范圍。

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