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【EP】一篇了解環(huán)氧樹脂是何物的技術(shù)干貨！
作為聚合物的環(huán)氧樹脂（epoxyresin）是由環(huán)氧齊聚物（epoxyolgomer）與稱之為固化劑（hardener）的物質(zhì)反應(yīng)形成的三向網(wǎng)狀聚合物。它通常呈液體狀態(tài)使用，經(jīng)常溫或加熱進(jìn)行固化，達(dá)到最終的使用目的。
作為一種液態(tài)聚合物材料的環(huán)氧樹脂在固化反應(yīng)過程中收縮率小，固化產(chǎn)物的粘接性、耐熱性、耐化學(xué)品性以及電氣性能優(yōu)良，缺點(diǎn)是耐候性和韌性欠佳（某些特殊品種除外）。但是這些缺點(diǎn)可以通過環(huán)氧齊聚物和固化劑的選擇，或者采用合適的改性方法，在一定程度加以克服。
1、環(huán)氧樹脂的定義：
a.環(huán)氧樹脂是指分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基并在適當(dāng)化學(xué)試劑存在下能形成三向交聯(lián)聚合物的化合物的總稱，環(huán)氧樹脂的種類很多，其分子量屬于齊聚物范圍，為區(qū)別于固化后的環(huán)氧樹脂，有時(shí)也把它稱為環(huán)氧齊聚物.
b.常用的環(huán)氧樹脂是由雙酚A（BPA)和環(huán)氧氯丙烷（ECH)反應(yīng)制造的雙酚A二縮水甘油醚（DGEBA)，它不是單一純粹的化合物，而是聚合度n不同的多分子混合物，分子量約700以下的DGEBA呈液態(tài)，超過700是固態(tài)物；
c.DGEBA組成中各單元的機(jī)能：兩末端的環(huán)氧基賦予反應(yīng)性，雙酚A骨架提供強(qiáng)韌性和耐熱性，亞甲基鏈賦予柔軟性，醚鍵賦予耐藥品性，羥基賦予反應(yīng)性和粘接性；2、液態(tài)聚合物材料的環(huán)氧樹脂：環(huán)氧樹脂屬于液態(tài)聚合物的范疇，此范疇的聚合物材料除環(huán)氧樹脂外，還有許多品種。所謂液態(tài)聚合物材料是指呈液態(tài)使用，固化后滿足最終應(yīng)用要求的粘接劑材料或涂層材料的總稱，有時(shí)也稱為薄膜成形材料(filmformer)或膠粘劑（binder）。
液態(tài)聚合物材料分為高反應(yīng)性齊聚物、聚合物溶液和聚合物分散液（高分子乳液）。反應(yīng)性齊聚物體系的固化是靠齊聚物間的化學(xué)反應(yīng)來形成三向交聯(lián)結(jié)構(gòu)，而聚合物溶液和高分子乳液是靠溶劑揮發(fā)來完成固化的。
3、環(huán)氧樹脂配合材料的組成：環(huán)氧樹脂固化前的配合物有環(huán)氧齊聚體和固化劑這兩個(gè)基本材料構(gòu)成，按照應(yīng)用目的的不同，可以加入各種各樣的添加劑，例如增塑劑、抗沖擊改性劑、充填劑、稀釋劑、觸變劑、顏料、溶劑、消泡劑、流平劑、增粘劑等等。
a.樹脂成分：環(huán)氧樹脂按環(huán)氧基的結(jié)合方式和化學(xué)結(jié)構(gòu)，可分為縮水甘油醚、縮水甘油酯、縮水甘油胺、線型脂肪族環(huán)氧化物、脂環(huán)族環(huán)氧化物（環(huán)氧基間距縮短，環(huán)氧基濃度提高，Tg就顯著上升）；
b.從固化機(jī)理可將固化劑大致分為加成聚合型固化劑和催化型固化劑，其中加成聚合型的品種占絕大多數(shù)，加成聚合型固化劑是帶有活潑氫的化合物，從化學(xué)性質(zhì)上可分為堿性和酸性固化劑，堿性固化劑可列舉出伯胺、仲胺和聚酰胺，酸性固化劑有多元羧酸（特別是酸酐）和酸類化合物，催化型固化劑中，以叔胺和路易斯酸的絡(luò)合物實(shí)用價(jià)值最高。（當(dāng)環(huán)氧樹脂相同時(shí)，固化劑的反應(yīng)基團(tuán)的距離越短，反應(yīng)基濃度越高，固化物的熱變形溫度HDT就越高）；
c.改性劑：常見的有柔軟性賦予劑（通常稱為增塑劑）、抗沖擊改性劑（亦稱為增韌劑）和填充材料。
d.流動性調(diào)節(jié)劑：環(huán)氧樹脂配合物的流動性，對于涂料、襯里、澆鑄等用途都很重要，為適應(yīng)這些要求必須降低粘度，或者提高粘度，或者賦予觸變性，能達(dá)到這些要求的配合材料稱為流動性調(diào)節(jié)劑。為降低粘度可加入稀釋劑（活性和非活性稀釋劑），觸變性可通過加入填料獲得（觸變性與粒子的形狀有關(guān)，粒子縱橫比aspectratio越大，尺寸越小，觸變效果就越高）；
4、固化物的形成：環(huán)氧樹脂配合物在常溫或高溫下發(fā)生固化反應(yīng)成三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物，這種網(wǎng)狀聚合物具有*的優(yōu)良粘接性，防腐蝕性、機(jī)械性能、電氣性能及耐藥品性能，固化的環(huán)氧樹脂的性能主要取決于交聯(lián)密度或交聯(lián)點(diǎn)間平均分子量以及分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，僅由環(huán)氧樹脂和固化劑組成的體系，其性能由環(huán)氧齊聚物和固化劑的種類，它們之間的配比及固化條件來決定。a.固化反應(yīng)：環(huán)氧樹脂的固化是通過固化劑的加成聚合反應(yīng)和催化環(huán)氧基的開環(huán)聚合實(shí)現(xiàn)的，在固化過程中開始出現(xiàn)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的這一點(diǎn)稱為凝膠點(diǎn)（凝膠時(shí)間）。催化型固化反應(yīng)，固化劑不介入，環(huán)氧樹脂直接以醚鍵連接起來；
b.機(jī)械性能由于固化反應(yīng)而顯現(xiàn)：彈性模量和Tg作為固化物重要的性能，可以看到它們同交聯(lián)密度發(fā)生同步變化，要將環(huán)氧樹脂固有的特性*發(fā)揮出來，需要相當(dāng)長的固化時(shí)間，然而在實(shí)際使用中，多數(shù)情況是采用低于理想條件下進(jìn)行固化，往往是環(huán)氧樹脂本來具有性能尚未*發(fā)揮出來就結(jié)束了固化反應(yīng)；
c.固化收縮和內(nèi)應(yīng)力：從環(huán)氧樹脂配合物出發(fā)，變成固化物再冷卻至室溫這之間所產(chǎn)生的收縮就是我們觀察到的全收縮（固化收縮加冷卻收縮）。環(huán)氧樹脂在固化-冷卻過程中不能自由收縮，于是應(yīng)力便內(nèi)藏其中，這就是內(nèi)應(yīng)力，有內(nèi)應(yīng)力存在，環(huán)氧樹脂自身早已承受了應(yīng)力，所以加載破壞時(shí)，破壞負(fù)荷不是環(huán)氧樹脂固有的強(qiáng)度（荷重），而是固有強(qiáng)度（內(nèi)應(yīng)力不存在的情況）扣除內(nèi)應(yīng)力后的值；
d.熱性能：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg是熱性能的重要標(biāo)準(zhǔn)；
5、環(huán)氧樹脂的用途：環(huán)氧樹脂具有粘接、防腐蝕、成型性和熱穩(wěn)定性（對PVC塑料）的機(jī)能，在機(jī)械、熱、電氣和耐藥性方面的性能非常*，利用這些機(jī)能和性能，可以作為涂料、膠粘劑、成型材料，在電氣、電子、光學(xué)機(jī)械、汽車、飛機(jī)、船舶、鐵道車輛、鋼鐵、工程技術(shù)、土木建筑及文體用品制造等廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。除作為PVC塑料的熱穩(wěn)定劑應(yīng)用外，現(xiàn)將各種應(yīng)用形式闡述如下：a.涂料：常溫固化型（普通環(huán)氧樹脂涂料和焦油改性環(huán)氧樹脂涂料）、自然干燥型（用不飽和脂肪酸、松香酸、妥爾油酸等同環(huán)氧樹脂進(jìn)行酯化反應(yīng)）、烘干型（環(huán)氧樹脂以酚醛樹脂、尿醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、醇酸樹脂、熱固性丙烯酸樹脂和多異氰酸酯作為固化劑）、陽離子電泳涂料（電沉積涂料）、粉末涂料（powercoating干混法、局部反應(yīng)法、熔融混合法）；
b.膠粘劑：環(huán)氧型膠粘劑同其它類型的膠粘劑比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛；不含揮發(fā)性溶劑；低壓粘接（接觸壓即可）；固化收縮?。还袒锶渥兊?，抗疲勞性高；耐腐蝕、耐濕性、耐化學(xué)藥品性及電氣絕緣性優(yōu)良。也有不足之處：對結(jié)晶性或極性小的聚合物（如聚烯烴、有機(jī)硅、氟聚合物、丙烯酸塑料、聚氯乙烯等）粘接力差；抗剝離、抗開劈性、抗沖擊性不良。其中的一個(gè)缺點(diǎn)可以打底劑方法改善，對于第二個(gè)缺點(diǎn)，可以采用改性環(huán)氧樹脂使性能得到改善。常用膠粘劑分為以下類別：
■通用雙組分型■耐熱性雙組分型■單組分型（幾乎都是采用潛伏性固化劑或自固化性環(huán)氧樹脂）
c.纖維增強(qiáng)塑料（FRP）：將粘接力和機(jī)械性能優(yōu)良的環(huán)氧樹脂與高強(qiáng)度纖維復(fù)合做成板、管、棒、H形型材及各種成型品的，稱之為纖維增強(qiáng)塑料FRP或復(fù)合材料（Composite），常見的FRP的制造方法有：纖維纏繞成型法、連續(xù)擠出成型法、層壓成型法、輥筒成型法；
d.成型材料：環(huán)氧樹脂可以作為各種形式（液態(tài)的或固態(tài)的）成型材料提供使用，適用的成型方法有澆鑄、壓縮成型、傳遞成型、注射成型、液態(tài)樹脂適合于澆鑄，固態(tài)材料適合于其它成型方法。液態(tài)成型材料由環(huán)氧樹脂、固化劑、填料、脫模劑、顏料和其它添加劑組成，固態(tài)成型材料基本上采用干式混合法或輥練法制造的。
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