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環(huán)氧樹脂的理化性質(zhì)和應(yīng)用特性

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-11-12  來源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):119

      環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物,除個(gè)別外,它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征,環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán),使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物.
理化性質(zhì)
  1、 化學(xué)性質(zhì)
  反應(yīng)性:環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基和羥基是活潑的反映基團(tuán)。環(huán)氧基可與伯胺、仲胺、叔胺、酚類、羧基、無機(jī)酸反應(yīng)。羥基可與酸酐、羧酸、熱固性酚醛樹脂、氨基樹脂、異氰酸酯和硅醇等反應(yīng)。
  溶解性:環(huán)氧樹脂的溶解性隨分子量增加而降低,可溶于酮類、酯類、醇醚類氯化烴類溶劑。高分子量的環(huán)氧樹脂一般難溶于芳烴類、醇類溶劑。
  雙酚A型環(huán)氧樹脂分子式(C11H12O3)n
  2、化學(xué)分析
  (1)環(huán)氧值:用鹽酸丙酮法和光譜分析。
  (2)軟化點(diǎn)測(cè)定:采用環(huán)球法。
  (3)羥值:用乙酰氯法和紅外光譜分析。
  (4)氯含量:環(huán)氧樹脂的氯有無機(jī)氯和有機(jī)氯兩種。采用硫氰化鉀和鐵礬指采劑進(jìn)行測(cè)定。
  3、 物理性質(zhì)
  環(huán)氧樹脂按分子量和化學(xué)結(jié)構(gòu)可從液體到固體。固化前為黃色至青銅色熱塑性物質(zhì)。
  (1)力學(xué)性能高。環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力,分子結(jié)構(gòu)致密,所以它的力學(xué)性能高于酚醛樹脂和不飽和聚酯等通用型熱固性樹脂。
  (2)粘接性能優(yōu)異。環(huán)氧樹脂固化體系中活性極大的環(huán)氧基、羥基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性集團(tuán)賦予環(huán)氧固化物以極高的粘接強(qiáng)度。再加上它有很高的內(nèi)聚強(qiáng)度等力學(xué)性能,因此它的粘接性能特別強(qiáng),可用作結(jié)構(gòu)膠。
  (3)固化收縮率小。一般為1%~2%。是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一(酚醛樹脂為8%~10%;不飽和聚酯樹脂為4%~6%;有機(jī)硅樹脂為4%~8%)。線脹系數(shù)也很小,一般為6×10-5/oC。所以其產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定,內(nèi)應(yīng)力小,不易開裂。
  (4)工藝性好。環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物,所以可低壓成型或接觸壓成型。配方設(shè)計(jì)的靈活性很大,可設(shè)計(jì)出適合各種工藝性要求的配方。
  (5)電性能好。是熱固性樹脂中介電性能最好的品種之一。
  (6)穩(wěn)定性好。不合堿、鹽等雜質(zhì)的環(huán)氧樹脂不易變質(zhì)。只要貯存得當(dāng)(密封、不受潮、不遇高溫),其貯存期為1年。超期后若檢驗(yàn)合格仍可使用。環(huán)氧固化物具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。其耐堿、酸、鹽等多種介質(zhì)腐蝕的性能優(yōu)于不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。
  (7)環(huán)氧固化物的耐熱性一般為80~100oC。環(huán)氧樹脂的耐熱品種可達(dá)200oC或更高。
  (8)在熱臥性樹脂中,環(huán)氧樹脂及其固化物的綜合性能最好。
應(yīng)用特性
  1、 形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對(duì)形式提出的要求,其范圍可以從極低的粘度到高熔點(diǎn)固體。
  2、 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(nèi)固化。
  3、 粘附力強(qiáng)。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(duì)各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時(shí)的收縮性低,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小,這也有助于提高粘附強(qiáng)度。
  4、 收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的,沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)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%)。
  5、 力學(xué)性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
  6、 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。
  7、 化學(xué)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(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑,可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。
  8、 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。
  9、 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。
類型分類
       環(huán)氧樹脂的種類很多,并且不斷有新品種出現(xiàn)。環(huán)氧樹脂的分類方法也很多。通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)和環(huán)氧基的結(jié)合方式大體上分為五大業(yè)。這種分類方法有利于了解和掌握環(huán)氧樹脂在固化過程中的行為和固化物的性能。(1)縮水甘油醚類,(2)縮水甘油酯類,(3)縮水甘油胺類,(4)脂肪族環(huán)氧化合物,(5)脂環(huán)族環(huán)氧化合物。此外,還有混合型環(huán)氧樹脂,即分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有兩種不同類型環(huán)氧基的化合物。例如:TDE—85環(huán)氧樹,AFG-90環(huán)氧樹脂。
       也可以按官能團(tuán)(環(huán)氧基)的數(shù)量分為雙官能團(tuán)環(huán)氧樹脂和多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂。對(duì)反應(yīng)性樹脂而言,官能團(tuán)數(shù)的影響是非常重要的。
       還可以按室溫下樹脂的狀態(tài)分為液態(tài)環(huán)氧樹脂和固態(tài)環(huán)氧樹脂。這在實(shí)際使用時(shí)很重要。液態(tài)樹脂可用作澆注料、無溶劑膠粘劑和涂料等。固態(tài)樹脂可用于粉末涂料和固態(tài)成型材料等。這里所說的固態(tài)環(huán)氧樹脂不是己達(dá)到,b階段的環(huán)氧樹脂固化體系,也不是達(dá)到C階段的環(huán)氧樹脂固化物(已固化的樹脂),而是相對(duì)分子質(zhì)量較大的單純的環(huán)氧樹脂,是一種熱塑性的固態(tài)低聚物
環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物,除個(gè)別外,它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征,環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán),使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。卓創(chuàng)WiKi游客
    根據(jù)分子結(jié)構(gòu),環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類:卓創(chuàng)WiKi游客
  1、 縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  2、 縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  3、 縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  4、 線型脂肪族類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  5、 脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  復(fù)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A型環(huán)氧樹脂)為主。其次是縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂。卓創(chuàng)WiKi游客
  1、 縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  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。卓創(chuàng)WiKi游客
 ?。?)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。卓創(chuàng)WiKi游客
  工業(yè)二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂實(shí)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(gè)環(huán)氧基端的線型結(jié)構(gòu)。少數(shù)分子可能支化,極少數(shù)分子終止的基團(tuán)是氯醇基團(tuán)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(duì)樹脂的固化及固化物的性能有很大的影響?! 」I(yè)上作為樹脂的控制指標(biāo)如下:卓創(chuàng)WiKi游客
 ?、侪h(huán)氧值。環(huán)氧值是鑒別環(huán)氧樹脂性質(zhì)的最主要的指標(biāo),工業(yè)環(huán)氧樹脂型號(hào)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(zhì)的量數(shù)。環(huán)氧值的倒數(shù)乘以100就稱之為環(huán)氧當(dāng)量。環(huán)氧當(dāng)量的含義是:含有1mol環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)。卓創(chuàng)WiKi游客
 ?、跓o機(jī)氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡(luò)合作用而影響樹脂的固化,同時(shí)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(xiàng)重要指標(biāo)。卓創(chuàng)WiKi游客
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 ?、塾袡C(jī)氯含量。樹脂中的有機(jī)氯含量標(biāo)志著分子中未起閉環(huán)反應(yīng)的那部分氯醇基團(tuán)的含量,它含量應(yīng)盡可能地降低,否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。卓創(chuàng)WiKi游客
 ?、軗]發(fā)分。卓創(chuàng)WiKi游客
 ?、菡扯然蜍浕c(diǎn)。卓創(chuàng)WiKi游客
  (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(gè)以上的環(huán)氧基,因此固化后產(chǎn)物的交聯(lián)密度大,具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、力學(xué)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。卓創(chuàng)WiKi游客
  (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(shí)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(dú)卓創(chuàng)WiKi游客
  或者與通用E型樹脂共混,供作高性能復(fù)合材料(ACM)、印刷線路板等基體材料。卓創(chuàng)WiKi游客
  (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(gè)或兩個(gè)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。卓創(chuàng)WiKi游客
  2、其它類型環(huán)氧樹脂卓創(chuàng)WiKi游客
  (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(yīng)活性高;粘合力比通用環(huán)氧樹脂高,固化物力學(xué)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(jié)強(qiáng)度。有較好的表面光澤度,透光性、耐氣候性好。卓創(chuàng)WiKi游客
  (2)縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂 這類樹脂的優(yōu)點(diǎn)是多官能度、環(huán)氧當(dāng)量高,交聯(lián)密度大,耐熱性顯著提高。上前國內(nèi)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(qiáng)的復(fù)合材料(CFRP)用于飛機(jī)二次結(jié)構(gòu)材料。卓創(chuàng)WiKi游客
  (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(jīng)環(huán)氧化而制得的,它們的分子結(jié)構(gòu)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(diǎn):①較高的壓縮與拉伸強(qiáng)度;②長期暴置在高溫條件下仍能保持良好的力學(xué)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(jié)構(gòu)里不僅無苯核,也無脂環(huán)結(jié)構(gòu)。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(qiáng)度、韌性、粘接性、耐正負(fù)溫度性能都良好。
 
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