胶合材料学7 环氧胶ppt课件

1、 7 7 环氧树脂胶黏剂环氧树脂胶黏剂 Epoxy Resin Adhesive Epoxy Resin Adhesive环氧树脂主要性能目的环氧树脂主要性能目的n1. 环氧值：每100克环氧树脂中所含环氧基物质的量。n2. 环氧当量：含有一克当量环氧基的环氧树脂的克数。 n3. 黏度：n4. 软化点：n5. 挥发分：100g树脂中低分子杂质、易挥发成分含量。n环氧树脂是指分子中含有二个或二个以上环氧基并在适环氧树脂是指分子中含有二个或二个以上环氧基并在适当化学助剂如固化剂存在下能构成三向交联构造的化合当化学助剂如固化剂存在下能构成三向交联构造的化合物之总称。物之总称。n它是一种胶接性能好、耐

2、腐蚀，且电绝缘性能和机械强它是一种胶接性能好、耐腐蚀，且电绝缘性能和机械强度都很高的热固性树脂。它具有许多优良的性能，对金度都很高的热固性树脂。它具有许多优良的性能，对金属和非金属都有很好的胶接效果，所以环氧树脂有属和非金属都有很好的胶接效果，所以环氧树脂有“万能万能胶之称。胶之称。n n在在19世纪末和世纪末和20世纪初两个艰苦的发现揭开了环氧树脂世纪初两个艰苦的发现揭开了环氧树脂n发明的帷幕。发明的帷幕。n1891年德国的年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷反响用对苯二酚和环氧氯丙烷反响生生n成了树脂状产物。成了树脂状产物。1909年俄国化学家年俄国化学家Prileschajew

3、发发现用过现用过n氧化苯甲醚和烯烃反响可生成环氧化合物。这两种化学氧化苯甲醚和烯烃反响可生成环氧化合物。这两种化学反反n应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径。n1934年年Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧用胺类化合物使含有大于一个环氧基团的化合物聚合得到高分子聚合物，作为德国基团的化合物聚合得到高分子聚合物，作为德国专利发表。专利发表。n1938年后，瑞士的年后，瑞士的 P.Castan及美国的及美国的S.O.Greenlee所发表的多项专利都提示了双酚所发表的多项专利都提示了双酚A和环氧氯丙烷经和环氧氯丙烷经缩聚反响合成环氧树脂，用有机多元胺或邻

4、苯二缩聚反响合成环氧树脂，用有机多元胺或邻苯二甲酸酐均可使树脂固化，并具有优良的胶接性能。甲酸酐均可使树脂固化，并具有优良的胶接性能。n不久，瑞士汽巴不久，瑞士汽巴CIBA公司、美国的公司、美国的Shell公司及公司及Dow Chemical公司都开场了环氧树脂工业化消费及运公司都开场了环氧树脂工业化消费及运用开发任务。用开发任务。 n1947年瑞士汽巴公司牌号为年瑞士汽巴公司牌号为Araldite的粘结剂开场引人的粘结剂开场引人注目，环氧树脂从此以万能胶出名于世。注目，环氧树脂从此以万能胶出名于世。n另外另外Shell公司的公司的EPON环氧树脂作为涂料推向市场，环氧树脂作为涂料推向市场，n

5、1956年美国结合碳化合物公司开场出卖脂环族环氧树年美国结合碳化合物公司开场出卖脂环族环氧树脂脂1959年年Dow化学公司消费酚醛环氧树脂。化学公司消费酚醛环氧树脂。n开展至今已在各个领域中获得广泛的运用。开展至今已在各个领域中获得广泛的运用。 第一节第一节 概概 述述1.环氧树脂胶黏剂的特性环氧树脂胶黏剂的特性 n1胶接力强、机械强度高胶接力强、机械强度高 ；n2固化过程中收缩率小；固化过程中收缩率小；n3可室温固化，也可高温固化；可室温固化，也可高温固化；n4运用温度范围大。运用温度范围大。-60150 。2.环氧树脂胶黏剂组成n主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。主要由环氧树脂和固化剂两

6、大部分组成。n为改善某些性能，还参与稀释剂、促进剂、偶联剂、为改善某些性能，还参与稀释剂、促进剂、偶联剂、n填料等。填料等。 3.环氧树脂类型n环氧树脂种类繁多，按其化学构造和环氧基的结合方式环氧树脂种类繁多，按其化学构造和环氧基的结合方式分为一下几类：分为一下几类：n1缩水甘油醚类缩水甘油醚类n2缩水甘油酯类缩水甘油酯类n3缩水甘油胺类缩水甘油胺类n4脂肪族环氧化合物脂肪族环氧化合物n5脂环族环氧化合物脂环族环氧化合物n6混合型环氧树脂混合型环氧树脂n按室温下树脂的形状分为：按室温下树脂的形状分为：n液态环氧树脂：可用作浇注料、无溶剂胶黏剂液态环氧树脂：可用作浇注料、无溶剂胶黏剂和涂料。和涂

7、料。n固态环氧树脂：相对分子质量较大的单纯环氧固态环氧树脂：相对分子质量较大的单纯环氧树脂，一种热塑性的固态低聚物。可用作溶剂树脂，一种热塑性的固态低聚物。可用作溶剂型涂料、粉末涂料和固态成型资料等。型涂料、粉末涂料和固态成型资料等。环氧树脂按其主要组成物质分类环氧树脂按其主要组成物质分类代代 号号环环 氧氧 树树 脂脂 类类 型型E二酚基丙烷环氧树脂二酚基丙烷环氧树脂ET有机钛改性二酚基丙烷环氧树有机钛改性二酚基丙烷环氧树脂脂EG有机硅改性二酚基丙烷环氧树有机硅改性二酚基丙烷环氧树脂脂F酚醛多环氧树脂酚醛多环氧树脂B丙三醇环氧树脂丙三醇环氧树脂IQ脂肪族缩水甘油酯脂肪族缩水甘油酯J间苯二酚环

8、氧树脂间苯二酚环氧树脂D聚丁二烯环氧树脂聚丁二烯环氧树脂4. 环氧树脂命名n命名原那么：在根本称号之前加上型号。命名原那么：在根本称号之前加上型号。n根本称号仍采用我国已有习惯称号：根本称号仍采用我国已有习惯称号：n“环氧树脂环氧树脂 n环氧树脂以一个或两个汉语拼音字母与两个阿拉伯数字环氧树脂以一个或两个汉语拼音字母与两个阿拉伯数字作为型号，表示类别及种类。作为型号，表示类别及种类。主要组成物质称号代号主要组成物质称号代号环氧基平均值环氧基平均值根本称号根本称号改性物质称号代号或改性物质称号代号或“-型号型号 第二节第二节 环氧树脂的合成原理环氧树脂的合成原理n最常用的环氧树脂是双酚最常用的环

9、氧树脂是双酚A同环氧氯丙烷反响制造的同环氧氯丙烷反响制造的双酚双酚A二缩水甘油醚，即双酚二缩水甘油醚，即双酚A型环氧树脂型环氧树脂.n在环氧树脂中，它原料易得，本钱最低，因此产量最在环氧树脂中，它原料易得，本钱最低，因此产量最大。国内约占环氧树脂总产量的大。国内约占环氧树脂总产量的90%，世界约占环，世界约占环氧树脂总产量氧树脂总产量75% 80%，被称为通用型环氧树脂。，被称为通用型环氧树脂。2OClCH2CH CH2OHO R O CH2CH CH2OHClHO R OH+CH2CH CH2Cl1在碱催化下，环氧氯丙烷的环氧基与双酚在碱催化下，环氧氯丙烷的环氧基与双酚A酚羟基反响，生酚羟基

10、反响，生成端基为氯化羟基化合物成端基为氯化羟基化合物开环反响开环反响2在氢氧化钠作用下，脱在氢氧化钠作用下，脱HCl构成环氧基构成环氧基闭环闭环反响反响H2O2+NaCl2+OOCH2CH CH2O R O CH2CH CH2NaOH2+ClCH2CH CH2OHO R O CH2CH CH2OHCl3新生成的环氧基再与双酚新生成的环氧基再与双酚A酚羟基反响生成端羟基酚羟基反响生成端羟基化合物化合物开环反响开环反响OOCH2CH CH2O R O CH2CH CH2NaOHHO R OH+OCH2CH CH2O R O CH2CH CH2OOHR OHn5与与NaOH反响，脱反响，脱HCl再构

11、成环氧基再构成环氧基闭环闭环反响反响n H2ONaCl+2nn2+OnOCH2CH CH2O R O CH2CH CH2OOHR O CH2CH CH2NaOH2+nn+2+OCH2CH CH2Cl+1+nHO R OH4端羟基化合物与环氧氯丙烷作用，生成端氯化羟端羟基化合物与环氧氯丙烷作用，生成端氯化羟基化合物基化合物开环反响开环反响工艺流程工艺流程n双酚双酚AnNaOH10%)n环氧氯丙烷环氧氯丙烷缩合反响缩合反响洗涤洗涤分别分别脱水脱水废品废品nn为平均聚合度。通常为平均聚合度。通常n = 019，相对分子质量，相对分子质量3407000。n调理双酚调理双酚A和环氧氯丙烷用量比，可得到相

12、对分子质量和环氧氯丙烷用量比，可得到相对分子质量n不同的环氧树脂。不同的环氧树脂。n液态双酚液态双酚A环氧树脂：平均相对分子质量较低，平均聚合环氧树脂：平均相对分子质量较低，平均聚合度度n = 01.8。当。当n = 01时，室温下为液体，如时，室温下为液体，如E-51,E-44.n当当n = 11.8 时，为半固体，软化点时，为半固体，软化点55。如。如E-31。n固态双酚固态双酚A环氧树脂：平均相对分子质量较高。环氧树脂：平均相对分子质量较高。nn = 1.819n当当n = 1.85 时，为中等相对分子质量环氧时，为中等相对分子质量环氧树脂。树脂。n软化点软化点5595。如。如E-20，

13、E-12等。等。n当当n 5时，为高相对分子质量环氧树脂，时，为高相对分子质量环氧树脂，n软化点软化点100。如。如E-06， E-03等。等。n双酚双酚A型环氧树脂大分子构造具有以下特征：型环氧树脂大分子构造具有以下特征：n1大分子的两端是反响才干很强的环氧基；大分子的两端是反响才干很强的环氧基；n2分子主链上有许多醚键，是一种线型聚醚构造；分子主链上有许多醚键，是一种线型聚醚构造；n3 n 值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地值较大的树脂分子链上有规律地、相距较远地出出n 现许多仲羟基，可以看成是一种长链多元醇；现许多仲羟基，可以看成是一种长链多元醇；n4主链上还有大量苯环、次甲基和异

14、丙基。主链上还有大量苯环、次甲基和异丙基。各构造单元赋予树脂以下功能：各构造单元赋予树脂以下功能：n环氧基和羟基赋予树脂反响性，使树脂固化物具有很环氧基和羟基赋予树脂反响性，使树脂固化物具有很强的内聚力和胶接力；强的内聚力和胶接力；n醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和黏附力；醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和黏附力；n醚键和醚键和C-C键使大分子具有柔韧性；键使大分子具有柔韧性；n苯环赋予聚合物以耐热性和刚性。苯环赋予聚合物以耐热性和刚性。环氧树脂的选择环氧树脂的选择n1、从用途上选择、从用途上选择n作粘接剂时最好选用中等环氧值作粘接剂时最好选用中等环氧值0.25-0.45的的树脂

15、，如树脂，如6101、634；作浇注料时最好选用高环；作浇注料时最好选用高环氧值氧值0.40的树脂，如的树脂，如618、6101；作涂料用；作涂料用的普通选用低环氧值的普通选用低环氧值0.25的树脂的树脂.2、从机械强度上选择、从机械强度上选择n 环氧值过高的树脂强度较大，但较脆；环氧值过高的树脂强度较大，但较脆；n环氧值中等的高低温度时强度均好；环氧值中等的高低温度时强度均好；n环氧值低的那么高温时强度差些。环氧值低的那么高温时强度差些。n 由于强度和交联度的大小有关，环氧值高固化由于强度和交联度的大小有关，环氧值高固化后交联度也高，环氧值低固化后交联度也低，故后交联度也高，环氧值低固化后交

16、联度也低，故引起强度上的差别引起强度上的差别.3、从操作要求上选择、从操作要求上选择n不需耐高温，对强度要求不大，希望环氧树脂能快干，不需耐高温，对强度要求不大，希望环氧树脂能快干，n不易流失，可选择环氧值较低的树脂；不易流失，可选择环氧值较低的树脂；n强度较好的，可选用环氧值较高的树脂。强度较好的，可选用环氧值较高的树脂。 第三节第三节 环氧树脂的固化环氧树脂的固化n 环氧树脂本身是热塑性线型构造的化合物，不能直接n作胶黏剂运用，必需参与固化剂并在一定条件下进展固化n交联反响，生成不溶熔体型网状构造 ，才有实践应n用价值。因此，固化剂是环氧树脂胶黏剂必不可少的组n分。 1. 环氧树脂固化剂种

17、类 n常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、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。常温或低作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化普通选用胺类固化剂，加温固化那么常用酸温固化普通选用胺类固化剂，加温固化那么常用酸酐、芳香类固化剂。酐、芳香类固化剂。一、胺类固化剂一、胺类固化剂n 胺类固化剂包括脂肪族胺类、芳香族胺类和改性胺类，是环氧树脂最常用的一类固化剂。n 1脂肪族胺类：n脂肪族胺类如乙二胺、二乙烯三胺等，由于具有能在常温下固化、固化速度快、粘度低

18、、运用方便等优点，所以在固化剂中运用较为普遍。n2芳香族胺类：芳香族胺类：n芳香族胺类如间苯二胺等。由于分子中存在很稳定的芳香族胺类如间苯二胺等。由于分子中存在很稳定的苯环，固化后的环氧树脂耐热性较好。与脂肪族类相苯环，固化后的环氧树脂耐热性较好。与脂肪族类相比，在同样条件下固化，其热变性温度可提高比，在同样条件下固化，其热变性温度可提高4060。n3 改性胺类：改性胺类：n所谓改性胺类固化剂是指胺类与其它化合物的加成物。所谓改性胺类固化剂是指胺类与其它化合物的加成物。 n二、酸酐类固化剂二、酸酐类固化剂n 酸酐类如顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酸酐类如顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等都可以作为环氧树脂

19、的固化剂。酐等都可以作为环氧树脂的固化剂。固化后树脂有较好的机械性能和耐热固化后树脂有较好的机械性能和耐热性，但由于固化后树脂中含有酯键，性，但由于固化后树脂中含有酯键，容易受碱侵蚀。酸酐固化时放热量低，容易受碱侵蚀。酸酐固化时放热量低，适用期长，但必需在较高温度下烘烤适用期长，但必需在较高温度下烘烤才干完全固化。才干完全固化。 三、合成类固化剂三、合成类固化剂 n有许多合成树脂，如酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂、有许多合成树脂，如酚醛树脂、氨基树脂、醇酸树脂、聚酰胺树脂等都含有能与环氧树脂反响的活泼基团，能聚酰胺树脂等都含有能与环氧树脂反响的活泼基团，能相互交联固化。这些合成树脂本身都各具特性

20、，当它们相互交联固化。这些合成树脂本身都各具特性，当它们作为固化剂运用引入环氧构造中时，就给予最终产物某作为固化剂运用引入环氧构造中时，就给予最终产物某些优良的性能。些优良的性能。 1 酚醛树脂n酚醛树脂可直接与环氧树脂混协作为胶粘剂，胶接酚醛树脂可直接与环氧树脂混协作为胶粘剂，胶接强度高，耐温性能好。但在胶合时，必需加温加压强度高，耐温性能好。但在胶合时，必需加温加压处置，才干获得比较理想的效果。处置，才干获得比较理想的效果。 n作为固化剂的酚醛树脂是碱性催化剂制得的。作为固化剂的酚醛树脂是碱性催化剂制得的。 2氨基树脂 n羟甲基与环氧基、羟基起反响。羟甲基与环氧基、羟基起反响。n固化后，可

21、提高机械强度、耐化学药品等性能。固化后，可提高机械强度、耐化学药品等性能。 3 聚酰胺树脂聚酰胺树脂 n聚酰胺本身既是固化剂，又是性能良好的增塑剂。只需聚酰胺本身既是固化剂，又是性能良好的增塑剂。只需两种树脂按一定量配合搅拌均匀，就可在常温下操作和两种树脂按一定量配合搅拌均匀，就可在常温下操作和固化。固化。 多元胺固化剂的毒性多元胺固化剂的毒性n 国外科研任务者以为，能源问题和固化剂毒性是环氧树国外科研任务者以为，能源问题和固化剂毒性是环氧树n脂运用中不可防止的两个问题。因此，对固化剂毒性问脂运用中不可防止的两个问题。因此，对固化剂毒性问题题n非常注重。以半致死量非常注重。以半致死量LD50目

22、的为主要目的。目的为主要目的。n半致死量：就是对动物集团如一群白鼠半致死量：就是对动物集团如一群白鼠50%致死的致死的n药品剂量。用毫克每千克药品剂量。用毫克每千克mg/kg来表示。来表示。n 表示固化剂的急性毒性数据。表示固化剂的急性毒性数据。n伯胺、仲胺刺激性比叔胺强，芳香胺毒性比脂肪胺伯胺、仲胺刺激性比叔胺强，芳香胺毒性比脂肪胺大。大。n间苯二酚的毒性比二乙烯三胺毒性强间苯二酚的毒性比二乙烯三胺毒性强10倍。倍。 几种胺类固化剂的几种胺类固化剂的LD50值及值及SPI分分类类固化剂名称固化剂名称LD50 / /（mg/kg）SPI分类分类二乙烯三胺二乙烯三胺208045三乙烯四胺三乙烯四

23、胺434045二乙氨基丙胺二乙氨基丙胺141045间苯二胺间苯二胺1303002聚酰胺聚酰胺8002间苯二甲胺间苯二甲胺625175045注：注：1.无毒性；无毒性；2.有弱刺激性；有弱刺激性；3.有中等程度刺激性；有中等程度刺激性；4.有剧烈敏感性有剧烈敏感性 5.有剧烈刺激性；有剧烈刺激性；6.对动物有致癌能够性。对动物有致癌能够性。酸酐类与胺类固化剂性能比较酸酐类与胺类固化剂性能比较项目项目类别类别有机胺有机胺酸酐酸酐混溶性混溶性大部分为液体，易于大部分为液体，易于互溶互溶大部分为固体，须熔化混大部分为固体，须熔化混合合用量用量较严较严较宽较宽配制量配制量不宜大量，现用现配不宜大量，现用

24、现配可配较大量可配较大量适用期适用期较短较短较长较长操作情况操作情况固化时放热大，难控固化时放热大，难控制制固化时放热小，易控制固化时放热小，易控制固化温度固化温度室温或高温皆可室温或高温皆可需较高温度需较高温度固化产物固化产物耐热性差，强度较低耐热性差，强度较低耐热性较好，强度较高耐热性较好，强度较高毒性毒性较大较大较小较小价格价格较高较高较低较低 2. 环氧树脂固化原理环氧树脂固化原理 一、有机胺类固化环氧树脂反响一、有机胺类固化环氧树脂反响n有机胺是一类运用最为广泛的固化剂。能与环氧树有机胺是一类运用最为广泛的固化剂。能与环氧树脂发生加成反响。脂发生加成反响。n以伯胺为例，与环氧树脂的反

25、响为：以伯胺为例，与环氧树脂的反响为：n1伯胺与环氧基反响生成仲胺并产生一个羟基。伯胺与环氧基反响生成仲胺并产生一个羟基。 CH2CHO+RNH2RNH CH2CHOHn2仲胺与另外的环氧基反响生成叔胺并产生仲胺与另外的环氧基反响生成叔胺并产生n另一个羟基。另一个羟基。OCHCH2+RNHCH2CHOHRNCH2CHOH 2n3新生成的羟基与环氧基反响参与交联构造的构成。新生成的羟基与环氧基反响参与交联构造的构成。 2CH2CHO2+ 2R N CH2CHOHR N CH2CHO CH2CHOHn含有羟基的醇、酚和水等能对固化反响起促进作用；含有羟基的醇、酚和水等能对固化反响起促进作用； n含有羰基、硝基、氰基等基团的试剂对固化反响含有羰基、硝基、氰基等基团的试剂对固化反响n起抑