环氧树脂讲义

2006年3月,环氧树脂材料及其应用,中蓝晨光化工研究院,第一部分环氧树脂基础,2006年3月,一、环氧树脂的基本情况1.1、概述环氧树脂是指分子结构中含有两个或两个以上环氧基的高分子化合物。它能与胺、咪唑、酸酐、酚醛树脂等类固化剂进行配合使用，得到的制品具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、粘接性能和低收缩性能。1.2、国内生产状况,第一部分环氧树脂基础,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,1.3、应用情况1994-1995年我国环氧树脂消费构成,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,二、环氧树脂2.1、结构环氧树脂是指高分子链结构中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物的总称，属于热固性树脂,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,环氧基的表示方法（1）环氧值（K）：100g环氧树脂中所含的环氧当量数K=N环氧基个数/Mn100（2）环氧基含量：100g环氧树脂中所含的环氧基重量克数K43%（百分含量）（3）环氧当量：相当于1mol环氧基的树脂的量100/K,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,2.2、环氧树脂的特点（通常指双酚A型环氧树脂）（1）高粘合性（胶接强度高）（2）固化收缩率小，在胶粘剂中环氧树脂胶的收缩率最小，这也是环氧树脂胶固化胶接高的原因之一。例如：酚醛树脂胶：810%；有机硅树脂胶：68%聚酯树脂胶：48%；环氧树脂胶：13%若环氧树脂加填料后收缩率降为0.10.3%，热膨胀系数为6.010-5/（3）耐化学介质稳定性好（4）电绝缘性优良（5）工艺性能良好、制品尺寸稳定、耐性良好和吸水率低。2.3、双酚A型环氧树脂的缺点：操作粘度大，这在施工方面显的有些不方便固化物性脆，伸长率小。由于含有苯环，降低了弹性。剥离强度低。耐机械冲击和热冲击差。,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,三、环氧树脂的应用与发展3.1、环氧树脂的发展史3.2、环氧树脂的应用涂料工业：电子电气工业：建筑工业：胶粘剂、密封剂和复合材料领域：,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,四、环氧树脂的分类4.1、缩水甘油基型环氧树脂:4.1.1缩水甘油醚型环氧树脂（1）双酚A型环氧树脂：应用最广泛的树脂之一，占环氧树脂树脂总产量的90%。在分子结构中含有羟基和醚键，固化过程进一步生成新的OH和O，使固化物具有很高的内聚力和粘附力。因此可以对金属、陶瓷、木材、水泥和塑料进行粘接。,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,双酚A型环氧树脂的牌号与性质表,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,（2）双酚S型环氧树脂（3）双酚F型环氧树脂（4）环氧化线型酚醛树脂（5）其他缩水甘油醚型环氧树脂,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,4.1.2氨基环氧树脂（芳香胺缩水甘油基型环氧树脂）（1）对氨基苯酚三缩水甘油基环氧树脂（2）氨基四官能环氧树脂（AG80#）（3）AFG90#环氧树脂4.1.3缩水甘油酯型环氧树脂（从有机酸制备）,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,4.2、环氧化烯烃4.2.1环氧化聚丁二烯（D17#环氧树脂）4.2.2脂环族环氧树脂4.3、特种环氧树脂4.3.1海因树脂（Hydantoin环氧树脂Resins）4.3.2阻燃树脂,2006年3月,第一部分环氧树脂基础,五、环氧树脂的化学合成略六、环氧树脂的化学分析略,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,一、环氧树脂固化剂分类1.1按化学结构分为碱性和酸性两类碱性固化剂：脂肪二胺、多胺、芳香族多胺、双氰双胺、咪唑类、改性胺类。酸性固化剂：有机酸酐、三氟化硼及络合物。1.2按固化机理分为加成型和催化型加成型固化剂：脂肪胺类、芳香族、脂肪环类、改性胺类、酸酐类、低分子聚酰胺和潜伏性胺。催化型固化剂：三级胺类和咪唑类。,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,二、固化剂性能和特征2.1、固化剂的种类,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,2.2、固化剂的固化温度与固化物的耐热性对于加成聚合型固化剂，固化温度和耐热性按下列顺序提高：脂肪族多胺脂环族多胺芳香族多胺酚醛酸酐催化加聚型固化剂的耐热性大体处于芳香多胺水平。按固化温度可把固化剂分为四类：低温固化剂固化温度在室温以下；室温固化剂固化温度为室温50；中温固化剂为50100；高温固化剂固化温度在100以上。,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,2.3、固化剂的结构与特性在同一类固化剂中，虽然具有相同的官能基，但因化学结构不同，其性质和固化物特性也不同色相：(优)脂环族脂肪族酰胺芳香胺(劣)熟度：(低)脂环族脂肪族芳香族酰胺(高)适用期：(长)芳香族酰胺脂环族脂肪族(短)固化性：(快)脂肪族脂环族酰胺芳香族(慢)刺激性：(强)脂肪族芳香族脂环族酰胺(弱)光泽：(优)芳香族脂环族聚酰胺一脂肪胺(劣)柔软性：(软)聚酰胺脂肪族脂环族芳香族(刚)粘接性：(优)聚酰胺脂环族脂肪族芳香族(良)耐酸性：(优)芳香族脂环族脂肪族聚酰胺(劣)耐水性：(优)聚酰胺脂肪胺脂环胺芳香胺(良),2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,2.4、用途不同的各种固化剂固化剂按用途可分为常温固化剂和加热固化剂。在部分环境下(如土木建筑等场所)使用的涂料和粘接剂等由于加热困难，需要常温固化，所以大都使用脂肪胺、脂环胺以及聚酰胺等。至于中温固化剂和高温固化剂，则要以被着体的耐热性以及固化物的耐热性、粘接性和耐药品性等为基准来选择。选择重点为多胺和酸酐。由于酸酐固化物具有优良的电性能，所以广泛用于电子、电器方面。脂肪族多胺固化物粘接性以及耐碱、耐水性均优良。芳香族多胺在耐药品性方面也是优良的。由于氨基的氮元素与金属形成氢键，因而具有优良的防锈效果。胺质量浓度愈高，防锈效果愈好。酸酐固化剂和环氧树脂形成酯键，对有机酸和无机酸显示了高的抵抗力，电性能一般也超过了多胺。,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,三、胺类固化剂3.2、脂肪胺（脂环胺）固化剂,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,胺类固化剂对环氧树脂胶抗剪强度的影响,固化温度对胶接强度的影响,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,3.3、芳香胺固化剂间苯二胺（MPDA）：间苯二甲胺（MXDA）：4，4二氨基二苯砜（DDS）：4，4二氨基二苯甲烷（DDM）：3.4、改性胺固化剂改性脂肪胺改性芳香胺改性多元胺,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,四、酸酐类固化剂酸酐固化剂使用的配方体系粘度低，使用期长，如需高温固化，其固化物有良好热稳定性和电气性能。有机酸酐种类按结构可分为：芳香族酸酐、脂肪酸酐和卤化酸酐等类型4.2、芳香多元酸酐芳香多元酸酐固化物具有耐酸碱耐热稳定性好的特点。,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,六、环氧树脂固化剂的选择6.1、固化剂种类：常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。6.2、固化剂的用量（1）胺类作交联剂时按下式计算：胺类用量=MG/Hn式中：M=胺分子量，Hn=含活泼氢数目G=环氧值（每100克环氧树脂中所含的环氧当量数）改变的范围不多于10-20%，若用过量的胺固化时，会使树脂变脆或软。若用量过少则固化不完善。（2）用酸酐类时按下式计算：酸酐用量=MG（0.61）/100式中：M=酸酐分子量，G=环氧值，（0.61）为实验系数,2006年3月,第二部分环氧树脂的固化剂,6.3、选择固化剂的原则：固化剂对环氧树脂的性能影响较大，一般按下列几点选择。（1）、从性能要求上选择：有的要求耐高温，有的要求柔性好，有的要求耐腐蚀性好，则根据不同要求选用适当的固化剂。（2）、从固化方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热固化的固化剂。（3）、从适用期上选择：所谓适用期，就是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。要适用期长的，一般选用酸酐类或潜伏性固化剂。（4）、从安全上选择：一般要求毒性小的为好，便于安全生产。（5）、从成本上选择。,2006年3月,第三部分环氧树脂的改性略,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,一、环氧树脂涂料(1)防腐蚀涂料(2)舰船涂料(3)电气绝缘涂料(4)食品罐头内壁涂料(5)水性涂料的应用(6)专用涂料的应用(7)粉末涂料的应用,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,二、环氧树脂胶粘剂分类,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2.2、环氧树脂胶粘剂的特点(1)胶接强度很高。(2)胶层的尺寸稳定性好。(3)环氧树脂、固化剂及改性剂的品种很多。(4)与多种有机物(单体、树脂、橡胶)和无机物(如填料等)具有很好的相容性和反应性。(5)耐腐蚀性及介电性能好。(6)通用型环氧树脂、固化剂及添加剂的产地多、产量大，配制简易，可接触压成型，能大规模应用。,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2.3、环氧胶粘剂的主要缺点(1)不增韧时，固化物一般偏脆，抗剥离、抗开裂、抗冲击性能差。(2)对极性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘接力小。必须先进行表面活化处理。(3)有些原材料如活性稀释剂、固化剂等有不同程度的毒性和刺激性。设计配方时应尽量避免选用，施工操作时应加强通风和防护。,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2.4、环氧胶粘剂的应用从日常生活到尖端技术等各领域都得到广泛的应用。目前它已成为飞机、导弹、火箭、卫星、飞船、汽车、舰艇、机械、电子、土木建筑等领域不可缺少的材料。,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2.5、环氧树脂胶粘剂常见问题固化或固化不完全与基材的粘接性差粘度有变化固化物表面发粘,2006年3月,第四部分环氧树脂的应用,2.6、胶粘剂对粘结基材的要求一般对粘结表面要求无油污、无锈蚀、无污物、干燥，可能的情况下对表面进行打磨处理。由于粘结的机理，粘结接触面达到最大化时达到最佳，在允许的情况下尽可能增加粘结面积可提高粘结效果；表面粗糙化时提高粘结面积的最可行方法。环氧树脂是一种极性材料，所以环氧树脂胶粘剂对极性材料的粘结效果较好，如水泥、木材、金属、硬质塑料、玻璃、陶瓷等。但是对一些非极性或弱极性产品的粘结性能较差，