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【乐分享】常见环氧树脂种类及性能

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【摘要】:
环氧树脂(EpoxyResin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分子低聚体(Oligomer)。当聚合度n为零时,称之为环氧化合物,简称环氧化物(Epoxide)。这些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。典型的环氧树脂结构如下式。 
一、 定义     1、环氧树脂(Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分子低聚体(Oligomer)。当聚合度n为零时,称之为环氧化合物,简称环氧化物(Epoxide)。这些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。典型的环氧树脂结构如下式。          2、环氧基是环氧树脂的特性基团,它的含量多少是这种树脂最为重要的指标。描述环氧基含量有以下几种不同的表示法:       ⑴ 环氧当量 :是指含有1mol环氧树脂的质量,低相对分子质量(分子量)环氧树脂的环氧当量为175~200g/mol,随着分子量的增大环氧基间的链段越长,所以高分子量环氧树脂的环氧当量就相应的高。     ⑵ 环氧值 :每100g树脂中所含有环氧基的物质的量(摩尔)。这种表示方法有利于固化剂用量的计量和用量的表示。因为固化剂用量的含义是每100g环氧树脂中固化剂的加入量(part perhundred of resin缩写成phr)。我国采用环氧值这一物理量。   环氧当量=100/环氧值     3、粘度的定义       粘度:液体在流动时,在其分子间产生的内摩擦的性质,称为液体的黏性,黏性的大小用黏度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子。     粘度单位有两种: 1、厘泊 (cps)    2、毫帕秒 (m·pas)               1厘泊(cps)= 1 毫帕秒(m·pas)      
  二、 种类及性能  

 

分类标准

  环氧树脂的分类目前尚未统一,一般按照强度、耐热等级以及特性分类,环氧树脂的主要品种有16种,包括通用胶、结构胶、耐高温胶、耐低温胶、水中及潮湿面用胶、导电胶、光学胶、点焊胶、环氧树脂胶膜、发泡胶、应变胶、软质材料粘接胶、密封胶、特种胶、潜伏性固化胶、土木建筑胶16种。

 

几种分类

  对环氧树脂胶黏剂的分类在行业中还有以下几种分法: 1、按其主要组成 分为纯环氧树脂胶黏剂和改性环氧树脂胶黏剂; 2、按其专业用途 分为机械用环氧树脂胶黏剂、建筑用环氧树脂胶黏剂、电子环氧树脂胶黏剂、修补用环氧树脂胶黏剂以及交通用胶、船舶用胶等; 3、按其施工条件 分为常温固化型胶、低温固化型胶和其他固化型胶; 4、按其包装形态 可分为单组分型胶、双组分胶和多组分型胶等; 还有其他的分法,如无溶剂型胶、有溶剂型胶及水基型胶等。但以组分分类应用较多。 1、双酚A型环氧树脂 :双酚A(即二酚基丙烷)型 环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醚。在环氧树脂中它的原材料易得、成本最低,因而产量最大(在我国约占环氧树脂总产量的90%,在世界约占环氧树脂总产量的75%~80%),用途最广,被称为通用型环氧树脂。由双酚A型环氧树脂的分子结构决定了它的性能具有以下特点:     ⑴ 是热塑性树脂,但具有热固性,能与多种固化剂,催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物,几乎能满足各种使用需求。   ⑵ 树脂的工艺性好。固化时基本上不产生小分子挥发物,可低压成型。能溶于多种溶剂。 ⑶ 固化物有很高的强度和粘结强度。 ⑷ 固化物有较高的耐腐蚀性和电性能。 ⑸ 固化物有一定的韧性和耐热性。   ⑹ 主要缺点是:耐热性和韧性不高,耐湿热性和耐候性差。     2、双酚F型环氧树脂 :这是为了降低双酚A型环氧树脂本身的粘度并具有同样性能而研制出的一种新型环氧树脂。通常是用双酚F(二酚基甲烷)与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。     双酚F型环氧树脂的特点是黏度小,不到双酚A型环氧树脂黏度的1/3,对纤维的浸渍性好。其固化物的性能与双酚A型环氧树脂几乎相同,但耐热性稍低而耐腐蚀性稍优。液态双酚F型环氧树脂可用于无溶剂涂料、胶粘剂、铸塑料、betway下载及碳纤维复合材料等。     3、多酚型缩水甘油醚环氧树脂:多酚型缩水甘油醚环氧树脂是一类多官能团环氧树脂。在其分子中有两个以上的环氧基,因此固化物的交联密度大,具有优良的耐热性、强度、模量、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。     4、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂:脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是由二元或多元醇与环氧氯丙烷在催化剂作用下开环醚化,生成氯醇中间产物,再与碱反应,脱HCl闭环,形成缩水甘油醚。     脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是由二个或二个以上环氧基与脂肪链直接相连而成。在分子结构里没有苯环、脂环和杂环等环状结构。这类树脂绝大多数粘度很小,大多数品种居于偶水溶性,大多数是长链型分子,因此富有柔韧性。但其耐热性较差。     5、缩水甘油酯型环氧树脂:缩水甘油酯型环氧树脂是20世纪50年代发展起来的一类环氧树脂,是分子结构中有二个或二个以上缩水甘油酯基的化合物。   主要特点是:   ⑴ 黏度小,工艺性好。可用于浇注、包封,也可用作活性稀释剂。   ⑵ 反应活性大,凝胶时间只有双酚A型环氧树脂的一半左右。   ⑶ 与其他环氧树脂的相溶性好,可与之混用以改进普通环氧树脂的性能。   ⑷ 粘接强度高,固化物的力学性能好。 ⑸ 具有良好的耐超低温性。在-196℃到-253℃的超低温条件下,具有比双酚A型环氧树脂高的抗剪强度。   ⑹ 电绝缘性好,尤其是耐漏电痕迹性好。 ⑺ 表面光泽度及透光性好。   ⑻ 由于分子中不含酚氧基,因此耐候性优于双酚A型环氧树脂。   ⑼ 主要缺点是酯键的存在使耐水性、耐酸性和耐碱性较差,耐热性也较低。     6、缩水甘油胺型环氧树脂:缩水甘油胺型环氧树脂是用伯胺或仲胺与环氧氯丙烷合成的含有二个或二个以上缩水甘油胺基的化合物。这类环氧树脂的特点是多官能性,黏度低,活性高,环氧当量小,交联密度大,耐热性高,粘接力强,力学性能和耐腐蚀性好,可与其它类型环氧树脂混用。其缺点是有一定脆性,分子结构中有环氧基又有胺基,因此有自固化性,贮存期短。     7、环氧化烯烃化合物   ⑴ 脂环族环氧树脂:脂环族环氧树脂(环氧化脂环烯烃化合物)是含有二个脂环环氧基的低分子化合物。本身不是聚合物,但是与固化剂作用后能生成性能优异的三维体型结构的聚合物。     脂环族环氧树脂是低分子化合物,黏度小、工艺性好。可作为活性稀释剂用。环氧当量小,交联密度大,再加上有热稳定性好的刚性脂环,因此耐热性高,但较脆,韧性差。固化收缩小,拉伸强度高。由于合成过程中不含Cl、Na等离子,所以电性能好,尤其是高温电性能及耐电弧性好。不含苯环,因而耐紫外线及耐候性好。   ⑵ 脂肪族环氧化烯烃化合物:它是以脂肪族烯烃的双键用过氧化物环氧化而制得的环氧树脂。在其分子结构中没有苯环、脂环和杂环,只有脂肪链。其性能特点: a、为线型大分子。同时具有聚丁二烯橡胶结构和环氧树脂结构,因此具有良好的冲击韧性和粘结性能。   b、和脂环族环氧树脂相似,易与酸酐类固化剂发生反应,而与亲核性固化剂(胺类)的反应性较低。   c、树脂分子中还含有双键和羟基。   d、当采用酸酐-多元醇为固化剂,并同时添加苯乙烯及过氧化物引发剂,则可进一步增加交联密度,从而提高耐热性及力学性能。   e、与固化剂混溶后黏度小,操作方便,工艺性好。 f、固化物有良好的耐热性,热变形温度可达200℃以上,在高温下有非常突出的强度保持率。粘结性、耐候性及电性能均优异,在200℃电性能很稳定。   g、主要缺点是固化收缩率大。     8、杂环型和混合型环氧树脂 ⑴ 杂环型缩水甘油环氧树脂:这是一类含有杂环的高性能环氧树脂。缩水甘油基直接连接在杂环上,因而具有优异的耐热性、耐候性和电性能。主要产品有: a、三聚氰酸环氧树脂(三聚氰酸三缩水甘油环氧树脂、TGIC):是三聚氰酸与环氧氯丙烷在催化剂作用下合成的一种具有三氮杂环的多官能团环氧树脂。TGIC的反应活性比双酚A型环氧树脂要高,溶解性差,所以通常都用酸酐做固化剂,加热固化,它具有优异的耐高温性、化学稳定性、耐紫光老化性和耐候性。力学性能和电性能良好,尤其是在高温下能保持优良的力学性能和电性能。固化物硬而脆,耐机械冲击和热冲击性能差。    b、 海因(Hydantion)环氧树脂:海因环氧树脂是含有海因环(五元二氮杂环)的一类新型环氧树脂。这类树脂可以是缩水甘油胺型、缩水甘油醚型或缩水甘油酯型树脂,也可以是单海因核或多海因核树脂。其具有下列特点:① 黏度低、工艺性好。② 热稳定性好,耐热性高。③ 耐候性好。其涂料在日光或紫外线暴晒下,不易发黄和粉化。④ 在高电压及超高压下电性能突出,尤其是具有优良的耐电弧性和抗漏电痕迹性,可用做耐高电压绝缘器件。⑤ 极性很强、黏度低,因而对玻璃纤维、碳纤维和多种填料都是有很好的润湿能力和粘结性,可在不降低工艺性的前提下添加大量填料,从而使膨胀系数及成本降低。⑥ 毒性小。可用作食品包装和卫生包装用的涂料、无毒胶粘剂等。⑦ 水溶性海因环氧树脂可用来处理纺织品、纸张,以提高其强度和抗皱性能。     ⑵ 混合型环氧树脂:这是一类在其分子中同时含有两种不同类型环氧基的环氧树脂。因此它同时具有这两类环氧树脂的特性。从而在其固化性能和使用性能上带来了一些单一类型环氧树脂所不具备的特点。例如,由于两类环氧基的活性不同,因而有可能实现分段固化,或制成B阶树脂,亦有可能实现低温固化高温使用的要求。在选择固化剂时有更大的灵活性。这就给配方设计和工艺设计提供了更多的选择余地,能更好地满足工艺要求和使用要求,扩大了使用范围。