第三章.环氧树脂胶粘剂.ppt

1、2020/10/4,1,粘 接 剂,选修课,主讲：赵 鑫 苏州科技学院,多媒体课件,2020/10/4,2,选用教材和主要参考书目：,胶粘剂合成、配方设计与配方实例 主编：王慎敏 版本：化学工业出版,教材：,主要参考书：, 精细化工产品及其工艺学 编著：曾繁涤 版本：化学工业出版 精细化学品化学 编著：张先亮 版本：武汉大学出版,2020/10/4,3,课程学时与考试方式,课程学时：24 学时 考试方式： 平时成绩（作业，出勤率等）60% 考试成绩（卷面）40%,2020/10/4,4,第二章 环氧树脂胶粘剂,本章主要内容 3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类 3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理

2、和工艺 3.3 环氧树脂固化剂和固化机理 3.4 环氧树脂胶粘剂的改性 3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,5,一、环氧树脂胶的主要特性 1、环氧胶粘剂是一种十分重要且应用极广的一类胶粘剂。 如用于飞机、汽车等金属构件、陶、玻、木及水泥等。 2、综合性能优良： 1）粘接强度高，尤其高温固化型，对金属粘接强度很大（可产生化学键力）。 2) 固化时不用外力，无副产物气泡生成，收缩性小，蠕变小。 3) 固化前为热塑性，稳定性好，受热不固化。,3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类,2020/10/4,6,4) 固化后，耐酸碱、耐溶剂，电绝缘性好，刚性大，强度高; 5）室温下可用多种

3、固化剂快速固化； 6）掺和性好。 3、不足点： 韧性、耐水性差，常需改性; 固化剂等有毒害; 配合后使用期短。,3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类,2020/10/4,7,二 、环氧树脂的类型 1、按分子结构分为两大类： 1）缩水甘油基环氧（重要） 2）烯烃环氧化物,3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类,2020/10/4,8,b.缩水甘油脂：如,c.缩水甘油胺：如,烯烃环氧化物,3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类,2020/10/4,9,2、按主要组成物质分： 二酚基环氧（E）（重要）； 酚醛环氧（F） 硅环氧（G）； 聚丁二烯环氧（D）,3.1 环氧树脂胶的主要特性与分类,2020/10/4

4、,10,一 双酚A型环氧树脂（EP）的合成原理：,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,11,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,12,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,(n= 0 19, n 2 为液状, n 2为固状); M=300 7000) 注意： 1结构与性能分析(刚性、韧性、活性基). 2市场买到的环氧一般是n=02的产品（M平均=340）. 3生成的环氧树脂可分为： 低分子量型（ T软化点500C ） 中分子量型（ T软化点为50 900C ） 高分子量型（ T软化点1000C ）,2020/10/4,13,老牌号,新牌号

5、,4可用来作粘合剂的是低分子量型环氧，少数为中分子量型。 例如： E51(618) E44 (610) E42 (634) E20 (601) E12 (604) T软化点: 液态 1220 2127 6476 85 95 环氧值:0.480.54 0.410.47 0.380.45 0.180.22 0.090.14 外观:黄色透明液体 黄色透明液体 高粘度 固态 固态,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,14,二、生产工艺 作胶粘剂使用的低分子量环氧树脂生产，常采用两步加碱法，其优点是可避免环氧氯丙烷水解。 1、原料配比 以E44配方为例,2、环氧树脂的生产工艺（

6、略）,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,15,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,16,环氧树脂粘度大，常须加热降低粘度，但一 般不高于60；固体环氧树脂可熔化、溶解后再使用；所用反应釜及搅拌器多使用金属或搪瓷，并镀铬抛光或涂硅树脂。 填料应注意活化烘干。 固化剂常要熔化或溶解变成液体使用，固体固化剂可研细（200目以上）使用。 配胶器具洁净。 包装要求耐用、使用方便、美观。,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,17,三、环氧树脂的主要性能指标： 1、环氧值： 100g环氧树脂中所含环氧基的份数。（国内采用） 例：

7、E51的环氧值=2*100/340. 一般低分子量环氧树脂的环氧值为0.35 0.57。 2、环氧当量： 含1mol环氧基的环氧树脂的质量（g）.（欧美采用） 例：E51 环氧当量=340/2=170g 环氧值与环氧当量之间的关系： 环氧值=100/环氧当量 环氧值、环氧当量是确定固化剂用量的计算依据。,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,18,环氧树脂的牌号： 例：E51： E51 的环氧值= 2 *100/340=0.588 ， 考虑杂质因素其环氧值为 0.48 0.54 ，则（48+54）/2=51 E51 即环氧树脂的一种牌号。 3、软化点与粘度：表征分子量的

8、高低。 4、氯含量及挥发分：氯含量对电性能影响很大。表征杂质含量的高低。,3.2 双酚A型环氧树脂的合成原理和工艺,2020/10/4,19,一、环氧树脂胶用固化剂的分类（略） 环氧树脂胶必须与固化剂配合才能使用。 二、常用固化剂 1、胺类固化剂 环氧树脂最常用的一类固化剂. 1基本特性： R-NH2：亲核性强，反应快，活性高，放热，故能室温固化，但一次不能配多。 Ar- NH2：亲核性较弱，固化慢，常需加热固化。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,20,2胺类固化剂用量 因环氧乙烷与NH2中的氢是等摩尔反应，所以： E = ( W / M ) * n 固化剂的用量：W =

9、 ( M / n) * E W100g环氧需要的固化剂量；M胺的分子量； n胺的活性氢个数； E环氧值。 3常用的几种胺类固化剂。 A.乙二胺：最简单的固化剂，室温下2d可固化。 缺点：挥发性大，固化速度太快，阴湿天气中，固化后表面易发白（吸水造成），一般不用。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,21,B、二乙烯三胺 结构式： 特点：固化慢，挥发性小，是较好的固化剂。 系列品种：三乙烯四胺，四乙烯三胺，多乙烯多胺等。 C、间苯二甲胺 结构式： 特点：挥发性小，活性较高，室温可固化，800C固化速度可加快，一般认为是非常好的固化剂。 注意：间苯二胺：易变黄，变黑，很少使用。,

10、3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,22,D、联苯胺 结构式： 特点：活性较低，用时需加热（固体），100oC 需23h固化。,4改性胺类固化剂 A、 羟乙基乙二胺 制法： 特点：沸点高，挥发性小，毒性小，韧性好。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,23,B、593改性胺固化剂,特点：沸点高，挥发性小，毒性小，室温可固化，活性高，韧性好。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,24,C.酮亚胺（潜伏型） 结构式：,特点：多用作水下固化剂，常在水中或潮湿环境中使用。 D.低分子量聚酰胺 制法：亚油酸二聚体和低分子二胺缩聚制得。 特点：适用期长

11、，使用方便。固化收缩小，粘结强度高，耐冲击、抗弯曲性能好，耐水性优于脂肪族多胺。但耐热耐溶剂性能较差。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,25,2、酸酐类固化剂 1基本特征： 酸酐固化的环氧胶，使用期长，固化反应温和，胶层耐热、耐老化性能、耐化学腐蚀性及电绝缘性能优良，在电器制造上应用较多。 但酸酐类固化剂较胺类活性低，常需加热固化或加入固化促进剂，且用量大。 2固化剂用量： 一般不按当量计算，通常使用树脂质量的30%-40%的酸酐。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,26,3常用的几种酸酐固化剂 A、顺酐（MA）,t熔点=53,B、苯酐（PA）,结构：

12、 特点：用量为树脂质量的30-40% ，160，8h以上能固化，固化速度慢。但固化后耐热可达300。,t熔点=128,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,结构： 特点：用量为树脂质量的30-40%，160-200 ，2-4h固化。,2020/10/4,27,C、均苯四酸酐,结构： 特点：高温24h固化，固化慢，但固化后，耐热性好.,t熔点 =286,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,4）固化机理,2020/10/4,28,3、催化型固化剂和固化促进剂 特点：固化性能差，一般不单独使用。常与其他固化剂配合使用。 常用的碱性催化型固化剂：吡啶，三乙醇胺，三氟化硼单乙胺、苄基二甲苯胺等。 常用酸性催化

13、型固化剂：三氟化硼、氯化铝等。 常用促进型固化剂：间苯二酚，双酚A，苄基二甲胺等。,3.3 环氧树脂固化剂和固化机理,2020/10/4,29,一、环氧胶胶粘剂存在的不足 脆性大，耐冲击性不良。 低温固化慢。 耐热性、耐水性有待提高. 双组份使用不便 二、提高韧性 1、加增塑剂：如DPO，BPO等，但效果不明显。 2、加入低熔点尼龙，效果较好。 如尼龙-66 及尼龙-11 的二元共聚物(t熔点 = 121 )， 加入后可破坏环氧结晶度而增韧，用量一般为20-50%。,3.4 环氧树脂胶粘剂的改性,2020/10/4,30,3、加入丁腈橡胶或聚硫橡胶二元共聚物，其韧性可大幅度提高。 如：,CTB

14、N的用量一般为：10-25%,室温下剥离强度可达7.4kN/m，80-100 剥离强度可达3.4kN/m。,CTBN,3.4 环氧树脂胶粘剂的改性,2020/10/4,31,三、提高环氧胶耐热性 加入硅橡胶或聚砜改性。既可提高其耐热性，也可提高柔韧性。,改性效果：用量为15%左右，钢铁的剪切强度高达60-65MPa；室温-180剥离强度可保持3.2kN/m以上，150剥离强度可高达6.7kN/m，提高耐热性、且增强、增韧。,3.4 环氧树脂胶粘剂的改性,简称PSF, n=50-80,可作固化剂,2020/10/4,32,一、环氧树脂胶的配制与使用 1、环氧树脂胶的助剂： 1增韧增塑剂 功能：增

15、加树脂韧性，提高抗冲击强度。 常用增韧增塑剂及用量：二丁酯、二辛酯；液体丁晴橡胶、端羟基聚醚等，用量为树脂 的520%,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,33,活性稀释剂： 非活性稀释剂：丙酮，环己酮，正丁醇，甲苯，二甲苯。用量为树脂量的515%。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2稀释剂 功能：降低粘度，增加流动性和渗透性，改善施工工艺，延长适用期。 常用稀释剂：,2020/10/4,34,3填充剂 功能： 改善胶层性能，如：降低固化收缩 和热膨胀系数；提高强度和耐热性、耐磨性等。 减少树脂用量，降低成本。 常用填充剂及用量：,用量：低密度填充剂用量少（5-30

16、%左右）； 高密度填充剂用量可多些（150-300%左右）。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,35,4增韧剂 功能：改善胶层韧性，提高强度。 活性增韧剂：低分子量热塑性聚酰胺、液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、端羟基聚醚、聚酯树脂等；用量是树脂酯质量的60-300%。 非活性增韧剂：塑料增塑剂：DOP，DBP等；用量是树脂酯质量的5-20%。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,36,二、环氧胶的配制和使用 1配胶： 首先，按设计配方准确计量是固化剂用量，并在容器中充分搅匀。 其次，配胶后注意使用期，使用期与固化剂、放热量、配胶量、环境温度等有关。最好对室

17、温固化环氧酸要随用随配。 2涂胶与晾置。 涂胶：涂胶时，不能过快，以防漏胶和产生气泡（其粘度大，流动性差）。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,37,晾置： a无惰性溶剂的环氧胶，涂胶后，晾置35min，即可搭接固化，不宜晾置时间过长。 b含有挥发性溶剂的环氧胶，可晾置2030min。 c高温固化环氧胶。如：双氰胺固化型，须在501000C下晾置2030min。 3 固化（不再重复）,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,38,三、典型环氧胶配方及配制工艺 例1 室温固化环氧胶： 配方： 组分 质量份 环氧树脂（E51） 10 二丁酯 20 氧化铝粉

18、 200 二乙烯三胺 9 丙酮 10 配制工艺：称取100份（质量）环氧树脂（618型），20份（质量）二丁酯，200份（质量）以上的氧化铝粉 ，10份丙酮，搅匀后加入9份（质量）二乙烯三胺固化剂，调匀即成。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,39,例2 高温固化环氧胶： 配方： 组分 质量份 环氧树脂（E51） 100 线型聚酯 50 氧化铝粉 25 邻苯二甲酸酐 40 配制工艺：称取100份环氧树脂， 50份线型聚酯 ， 25份200目以上的氧化铝粉 ，经混合均匀，再加热到1201400C得到树脂混合物，然后再将40份邻苯二甲酸酐加热融化后并入上述的树脂混合物中进行

19、混合均匀即成。,固化条件：140 /4h，0.05MPa；150 用于金属件的粘结，剪切强度20MPa。,3.5 环氧树脂胶配方设计和配方实例,2020/10/4,40,例3 高强度环氧胶： 配方： 组分 质量份 环氧树脂（E51） 100 聚砜树脂 80 二甲基甲酰胺 50 CHCl3 200 双氰胺 12 配制工艺：称取100份环氧树脂和80份聚砜树脂混合，加热至1401500C，搅拌至聚砜全部溶解后冷却，也可以先将聚砜溶于200份CHCl3，然后混入环氧树脂最后加入200份CHCl3和50份二甲基甲酰胺和12份双氰胺， 混合均匀可。（双氰胺是一种很好的固化剂，常温下可存放一年，150很快固化）。,固化条件：180 /3h，0.