環(huán)氧樹脂性能指標及使用技術參數(shù)

環(huán)氧樹脂性能指標及使用技術參數(shù)一、材料簡介環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)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(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結構的高聚物。二、應用特性形式多樣。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。固化方便。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0?180℃溫度范圍內固化。粘附力強。環(huán)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(huán)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。收縮性低。環(huán)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(huán)氧基的開環(huán)聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發(fā)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%）。力學性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學性能。電性能。固化后的環(huán)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(yōu)良絕緣材料?；瘜W穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩(wěn)定性能。尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。三、類型分類根據(jù)分子結構，環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類：分別為縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂及脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂，復合材料工業(yè)上使用量最大的環(huán)氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，而其中又以二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂（簡稱雙酚人型環(huán)氧樹脂）為主。其次是縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂。具體如下：縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成的。（1）二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂。二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂是由二酚基丙烷與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成。工業(yè)二酚基丙烷型環(huán)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(shù)的分子是含有兩個環(huán)氧基端的線型結構。少數(shù)分子可能支化，極少數(shù)分子終止的基團是氯醇基團而不是環(huán)氧基。因此環(huán)氧樹脂的環(huán)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。工業(yè)上作為樹脂的控制指標如下：①環(huán)氧值。環(huán)氧值是鑒別環(huán)氧樹脂性質的最主要的指標，工業(yè)環(huán)氧樹脂型號就是按環(huán)氧值不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指每100g樹脂中所含環(huán)氧基的物質的量數(shù)。環(huán)氧值的倒數(shù)乘以100就稱之為環(huán)氧當量。環(huán)氧當量的含義是：含有1mol環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)。②無機氯含量。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(huán)氧樹脂的一項重要指標。③有機氯含量。樹脂中的有機氯含量標志著分子中未起閉環(huán)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。④揮發(fā)分。⑤粘度或軟化點。（2）酚醛多環(huán)氧樹脂。酚醛多環(huán)氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環(huán)氧樹脂，它與二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂相比，在線型分子中含有兩個以上的環(huán)氧基，因此固化后產物的交聯(lián)密度大，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)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(huán)氧氯丙烷縮聚而成的。（3）其它多羥基酚類縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂。這類樹脂中具有實用性的代表有：間苯二酚型環(huán)氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環(huán)氧樹脂、四酚基乙烷型環(huán)氧樹脂和三羥苯基甲烷型環(huán)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。（4）脂族多元醇縮水甘油醚型環(huán)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(huán)氧基，這類樹脂絕大多數(shù)粘度很低；大多數(shù)是長鏈線型分子，因此富有柔韌性。2、其它類型環(huán)氧樹脂（1）縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂和二酚基丙烷環(huán)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(huán)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(huán)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。（2）縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂這類樹脂的優(yōu)點是多官能度、環(huán)氧當量高，交聯(lián)密度大，耐熱性顯著提高。上前國內外已利用縮水甘油胺環(huán)氧樹脂優(yōu)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。（3）脂環(huán)族環(huán)氧樹脂這類環(huán)氧樹脂是由脂環(huán)族烯烴的雙鍵經環(huán)氧化而制得的，它們的分子結構和二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂及其它環(huán)氧樹脂有很大差異，前者環(huán)氧基都直接連接在脂環(huán)上，而后者的環(huán)氧基都是以環(huán)氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。脂環(huán)族環(huán)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。（4）脂肪族環(huán)氧樹脂這類環(huán)氧樹脂分子結構里不僅無苯核，也無脂環(huán)結構。僅有脂肪鏈，環(huán)氧基與脂肪鏈相連。環(huán)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。四、使用指南環(huán)氧樹脂及環(huán)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(huán)氧樹脂因此“有毒”，近年國內環(huán)氧樹脂業(yè)正通過水性改性、避免添加等途徑，保持環(huán)氧樹脂“無毒”本色。目前絕大多數(shù)環(huán)氧樹脂涂料為溶劑型涂料,含有大量的可揮發(fā)有機化合物（VOC）,有毒、易燃,因而對環(huán)境和人體造成危害。環(huán)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(huán)氧樹脂不能固化。由于用途性能要求各不相同，對環(huán)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(xiàn)將它們的選擇方法簡介于下：（一）環(huán)氧樹脂的選擇從用途上選擇作粘接劑時最好選用中等環(huán)氧值（0.25-0.45）的樹脂，如6101、634；作澆注料時最好選用高環(huán)氧值（＞0.40）的樹脂，如618、6101；作涂料用的一般選用低環(huán)氧值（＜0.25）的樹脂，如601、604、607、609等。從機械強度上選擇環(huán)氧值過高的樹脂強度較大，但較脆；環(huán)氧值中等的高低溫度時強度均好；環(huán)氧值低的則高溫時強度差些。因為強度和交聯(lián)度的大小有關，環(huán)氧值高固化后交聯(lián)度也高，環(huán)氧值低固化后交聯(lián)度也低，故引起強度上的差異。從操作要求上選擇不需耐高溫，對強度要求不大，希望環(huán)氧樹脂能快干，不易流失，可選擇環(huán)氧值較低的樹脂；如希望滲透性也，強度較好的，可選用環(huán)氧值較高的樹脂。（二）、固化劑的選擇1、固化劑種類：常用環(huán)氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)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(huán)氧值是鑒定環(huán)氧樹脂質量的最主要指標，環(huán)氧樹脂的型號劃分就是根據(jù)環(huán)氧值的不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指100克樹脂中所含環(huán)氧基的克當量數(shù)。2、固化劑的用量（1）胺類作交聯(lián)劑時按下式計算：胺類用量二MG/Hn式中：M二胺分子量Hn二含活潑氫數(shù)目G二環(huán)氧值（每100克環(huán)氧樹脂中所含的環(huán)氧當量數(shù)）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。（2）用酸酐類時按下式計算：酸酐用量二MG（0.6?1）/100式中：M二酸酐分子量G二環(huán)氧值（0.6~1）為實驗系數(shù)3、選擇固化劑的原則：固化劑對環(huán)氧樹脂的性能影響較大，一般按下列幾點選擇。（1）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(jù)不同要求選用適當?shù)墓袒瘎＃?）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。（3）從適用期上選擇：所謂適用期，就是指環(huán)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。（4）從安全上選擇：一般要求毒性小的為好，便于安全生產。（5）從成本上選擇。（三）、改性劑的選擇改性劑的作用是為了改善環(huán)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：（1）聚硫橡膠：可提高沖擊強度和抗剝性能。（2）聚酰胺樹脂：可改善脆性，提高粘接能力。（3）聚乙烯醇叔丁醛：提高抗沖擊鞣性。（4）丁腈橡膠類：提高抗沖擊鞣性。（5）酚醛樹脂類：可改善耐溫及耐腐蝕性能。（6）聚酯樹脂：提高抗沖擊鞣性。（7）尿醛三聚氰胺樹脂：增加抗化學性能和強度。（8）糠醛樹脂：改進靜彎曲性能，提高耐酸性能。（9）乙烯樹脂：提高抗剝性和抗沖強度。（10）異氰酸酯：降低潮氣滲透性和增加抗水性。（11）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。（四）、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(huán)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：1、石棉纖維、玻璃纖維，增加韌性、耐沖擊性；2、石英粉、瓷粉、鐵粉、水泥、金剛砂，提高硬度；3、氧化鋁、瓷粉增加粘接力，增加機械強度；4、石棉粉、硅膠粉、高溫水泥，提高耐熱性；5、石棉粉、石英粉、石粉，降低收縮率；6、鋁粉、銅粉、鐵粉等金屬粉末，增加導熱、導電率；7、石墨粉、滑石粉、石英粉，提高抗磨性能及潤滑性能；8、金剛砂及其它磨料，提高抗磨性能；9、云母粉、瓷粉、石英粉，增加絕緣性能；10、各種顏料、石墨，具有色彩。另外據(jù)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。（五）、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：1、活性稀釋劑：二縮水甘油醚600及多縮水甘油醚630，用量不超過30%，需多加計算量固化劑。環(huán)氧丙烷丁基醚660、環(huán)氧丙烷苯基醚690、二環(huán)氧丙烷乙基醚669及三環(huán)氧丙烷丙基醚662，用量不超過15%，需多加計算量固化劑。2、惰性稀釋劑：二甲苯、甲苯、苯及丙酮，用量不超過15%，需多加計算量固化劑。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：（1）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。（2）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。（3）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(huán)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