環氧樹脂配方分析技術
發布時間(jian):2012/12/2 12:54:36 來源：胡(hu)工 字體: 
環氧樹脂一般可用作粘合劑、澆鑄料、玻璃鋼和涂料等。其優良性能如粘合性、電絕緣性、耐化學藥品性、高強度、高耐熱能力及各類新產品的開發, 使之在機械、宇航、電氣、化工等領域中的應用越來越廣泛。禾川化工專業從事環氧樹脂材料配方分析，成分分析，配方還原、配方檢測、配方研制；禾川化工為環氧材料相關企業提供整套配方技術解決方案一站式服務；
1.背景
環氧樹脂一般可用作粘合劑、澆鑄料、玻璃鋼和涂料等。其優良性能如粘合性、電絕緣性、耐化學藥品性、高強度、高耐熱能力及各類新產品的開發, 使之在機械、宇航、電氣、化工等領域中的應用越來越廣泛。禾川化工專業從事環氧樹脂材料配方分析，成分分析，配方還原、配方檢測、配方研制；禾川化工為環氧材料相關企業提供整套配方技術解決方案一站式服務；
2.環氧樹脂
2.1環氧樹脂的定義
凡分子結構中含有環氧基團的有機高分子化合物統稱為環氧樹脂。除個別外，它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。在環氧樹脂結構中含有脂肪族羥基、醚基和極活潑的環氧基。羥基和醚基都有高度的極性，使環氧樹脂能與界面產生靜電引力，而環氧基也可能與介質表面的自由基起反應形成化學鍵，所以環氧樹脂的粘合力特別強。固化后的環氧樹脂具有優良的耐化學腐蝕性、耐熱性、耐酸堿性、耐有機溶劑性和好的電絕緣性。
2.2環氧樹脂的分類
根據分子結構，環氧樹脂大體上可分為兩類：
2.2.1縮水甘油基類環氧樹脂
縮水甘油基類環氧樹脂由環氧氯丙烷與含有活潑氫的有機化合物縮聚而成。
a.縮水甘油醚類環氧樹脂
b.縮水甘油酯類環氧樹脂
c.縮水甘油胺類環氧樹脂
工業上使用量最大的環氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環氧樹脂，而其中又以二酚基丙烷型環氧樹脂（簡稱雙酚A型環氧樹脂）為主，其次是縮水甘油胺類環氧樹脂。
2.2.1.1縮水甘油醚類環氧樹脂
縮水甘油醚類環氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環氧氯丙烷縮聚而成的。
1）二酚基丙烷型環氧樹脂
二酚基丙烷型環氧樹脂是由二酚基丙烷與環氧氯丙烷縮聚而成。
工業二酚基丙烷型環氧樹脂實際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數的分子是含有兩個環氧基端的線型結構。少數分子可能支化，極少數分子終止的基團是氯醇基團而不是環氧基。
2）酚醛多環氧樹脂
酚醛多環氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環氧樹脂，它與二酚基丙烷型環氧樹脂相比，在線型分子中含有兩個以上的環氧基，因此固化后產物的交聯密度大，具有優良的熱穩定性、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氧氯丙烷縮聚而成的。
3）其它多羥基酚類縮水甘油醚型環氧樹脂
這類樹脂中具有實用性的代表有：間苯二酚型環氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環氧樹脂、四酚基乙烷型環氧樹脂和三羥苯基甲烷型環氧樹脂，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氧基，這類樹脂絕大多數粘度很低，大多數是長鏈線型分子，因此富有柔韌性。
2.2.1.2其它類型縮水甘油基環氧樹脂
1）縮水甘油酯類環氧樹脂
縮水甘油酯類環氧樹脂和二酚基丙烷環氧化樹脂比較，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氧樹脂高的粘結強度。
2）縮水甘油胺類環氧樹脂
這類樹脂的優點是多官能度、環氧當量高，交聯密度大，耐熱性顯著提高。目前國內外已利用縮水甘油胺環氧樹脂優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。
2.2.2 環氧化烯烴型環氧樹脂
環氧化烯烴型環氧樹是用有機過氧酸使含有雙鍵的直鏈、環狀化合物氧化制的。
a.直鏈脂肪族烯烴環氧樹脂
b.脂環族烯烴環氧樹脂
c.混合型烯烴環氧樹脂
2.2.2.1脂環族環氧樹脂
這類環氧樹脂是由脂環族烯烴的雙鍵經環氧化而制得的，它們的分子結構和二酚基丙烷型環氧樹脂及其它環氧樹脂有很大差異，前者環氧基都直接連接在脂環上，而后者的環氧基都是以環氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。
2.2.2.2脂肪族環氧樹脂
這類環氧樹脂分子結構里不僅無苯核，也無脂環結構，僅有脂肪鏈，環氧基與脂肪鏈相連。環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。
3.環氧樹脂添加劑
環氧樹脂一般和添加劑同時使用，以獲得應用價值。添加物可按不同用途加以選擇，常用添加物有固化劑、固化促進劑、填料、稀釋劑、增塑劑等。 其中固化劑是必不可少的添加物，否則環氧樹脂不能固化。
3.1固化劑
常用環氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發劑的作用下紫外線或光也能使環氧樹脂固化。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；潛伏性固化劑，一般選用雙氰胺類物質做固化劑。
3.2固化促進劑
在環氧樹脂中，為了加速固化反應，降低固化溫度，縮短固化時間所加入的一些物質稱為固化促進劑。常用的固化促進劑主要有取代酚類和一些催化型固化劑，如咪唑類化合物（甲基咪唑、2-苯基咪唑）。
3.3填料
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：
|
填料名稱 |
作用 |
|
石棉纖維、玻璃纖維 |
增加韌性、耐沖擊性 |
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石英粉、瓷粉、鐵粉、水泥、金剛砂 |
提高硬度 |
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氧化鋁、瓷粉 |
增加粘接力，增加機械強度 |
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石棉粉、硅膠粉、高溫水泥 |
提高耐熱性 |
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石棉粉、石英粉、石粉 |
降低收縮率 |
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鋁粉、銅粉、鐵粉等金屬粉末 |
增加導熱、導電率 |
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石墨粉、滑石粉、石英粉 |
提高抗磨性能及潤滑性能 |
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金剛砂及其它磨料 |
提高抗磨性能 |
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云母粉、瓷粉、石英粉 |
增加絕緣性能 |
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各種顏料、石墨 |
具有色彩 |
3.4稀釋劑
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。
3.4.1惰性稀釋劑
惰性稀釋劑就是常用的溶劑，如丙酮、二甲苯、甲苯、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等溶劑。
3.4.2活性稀釋劑
活性稀釋劑就是那些含有活性基團，能參加固化反應的低分子化合物，如環氧丙基丁基醚、乙二醇雙縮水甘油醚、鄰甲苯基縮水甘油醚（稀釋劑691）、芐基縮水甘油醚（稀釋劑692）等。
3.5增塑劑
加入適量的增塑劑可以增加樹脂的流動性，降低樹脂固化后的脆性，并能提高抗彎和抗沖擊強度。所用的品種有活性增塑劑和非活性增塑劑兩類，常用的活性增塑劑有液體丁腈橡膠、聚硫橡膠、羥端基聚醚等，常用的非活性增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、磷酸三苯酯等。
4.環氧樹脂應用領域
環氧樹脂優良的物理機械和電絕緣性能、與各種材料的粘接性能、以及其使用工藝的靈活性是其他熱固性塑料所不具備的。因此它能制成涂料、復合材料、澆鑄料、膠粘劑、模壓材料和注射成型材料，在國民經濟的各個領域中得到廣泛的應用。
4.1 涂料
環氧樹脂在涂料中的應用占較大的比例，它能制成各具特色、用途各異的品種。其共性：
a：粘合力強而收縮力及熱膨脹系數較小。
b：柔韌性及電絕緣性能優良。
c：耐化學品性和穩定性良好。
d：耐水性和耐侯性稍差。
因此環氧樹脂涂料主要用作防腐蝕漆、金屬底漆、絕緣漆，但雜環及脂環族環氧樹脂制成的涂料可以用于戶外。
4.2膠粘劑
環氧樹脂對大部分材料如木材、金屬、玻璃、塑料、橡膠、皮革、陶瓷、纖維等都有良好的粘合性能，只對少數材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯、賽璐璐等粘結力較差，因此有萬能膠之稱。環氧膠粘劑是結構膠粘劑的重要品種。
4.3電子電器材料
由于環氧樹脂的絕緣性能高、結構強度大和密封性能好等許多獨特的優點，已在高低壓電器、電機和電子元器件的絕緣及封裝上得到廣泛應用，發展很快。主要用于：
電器、電機絕緣封裝件的澆注；電子元件和線路的器件的灌封絕緣； 電子級環氧模塑料用于半導體元器件的塑封；環氧層壓塑料在電子、電器領域。
4.4工程塑料復合材料
環氧工程塑料主要包括用于高壓成型的環氧模塑料和環氧層壓塑料，以及環氧泡沫塑料。
環氧工程塑料也可以看作是一種廣義的環氧復合材料，環氧復合材料主要有環氧玻璃鋼(通用型復合材料)和環氧結構復合材料。環氧復合材料是化工及航空、航天、軍工等高技術領域的一種重要的結構材料和功能材料。
4.5土建材料
主要用作防腐地坪、環氧砂漿和混凝土制品、高級路面和機場跑道、快速修補材料、加固地基基礎的灌漿材料、建筑膠粘劑及涂料等。
5.參考配方
配方1：雙組份環氧灌封膠
（各物質組分及含量都經過修改，與實際配方相差較大，僅供參考）
A組分
|
成分 |
質量百分比 |
成分說明 |
|
雙酚A型環氧樹脂 |
40-50% |
樹脂 |
|
雙酚F型環氧樹脂 |
5-10% |
樹脂 |
|
氧化鋁 |
20-25% |
導熱填料 |
|
硅微粉 |
20-25% |
導熱填料 |
|
二氧化鈦 |
5-10% |
填料 |
|
紅色色粉 |
0.1-1.0% |
色粉 |
B組分
|
成分 |
質量百分比 |
成分說明 |
|
甲基四氫苯酐酐 |
20-30% |
固化劑 |
|
DMAP |
1-5% |
促進劑 |
|
甲基咪唑 |
1-5% |
促進劑 |
|
液體丁腈橡膠 |
5-10% |
增韌劑 |
|
鄰苯二甲酸二丁酯 |
2-6% |
增塑劑 |
|
氧化鋁 |
5-10% |
導熱填料 |
|
硅微粉 |
40-60% |
導熱填料 |
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