环氧树脂配方分析技术
发布时间:2012/12/2 12:54:36 来源：胡工 字体: 
环氧树脂一般可用作粘合剂、浇铸料、玻璃钢和涂料等。其优良性能如粘合性、电绝缘性、耐化学药品性、高强度、高耐热能力及各类新产品的开发, 使之在机械、宇航、电气、化工等领域中的应用越来越广泛。禾川化工专业从事环氧树脂材料配方分析，成分分析，配方还原、配方检测、配方研制；禾川化工为环氧材料相关企业提供整套配方技术解决方案一站式服务；
1.背景
环氧树脂一般可用作粘合剂、浇铸料、玻璃钢和涂料等。其优良性能如粘合性、电绝缘性、耐化学药品性、高强度、高耐热能力及各类新产品的开发, 使之在机械、宇航、电气、化工等领域中的应用越来越广泛。禾川化工专业从事环氧树脂材料配方分析，成分分析，配方还原、配方检测、配方研制；禾川化工为环氧材料相关企业提供整套配方技术解决方案一站式服务；
2.环氧树脂
2.1环氧树脂的定义
凡分子结构中含有环氧基团的有机高分子化合物统称为环氧树脂。除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。在环氧树脂结构中含有脂肪族羟基、醚基和极活泼的环氧基。羟基和醚基都有高度的极性，使环氧树脂能与界面产生静电引力，而环氧基也可能与介质表面的自由基起反应形成化学键，所以环氧树脂的粘合力特别强。固化后的环氧树脂具有优良的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性、耐有机溶剂性和好的电绝缘性。
2.2环氧树脂的分类
根据分子结构，环氧树脂大体上可分为两类：
2.2.1缩水甘油基类环氧树脂
缩水甘油基类环氧树脂由环氧氯丙烷与含有活泼氢的有机化合物缩聚而成。
a.缩水甘油醚类环氧树脂
b.缩水甘油酯类环氧树脂
c.缩水甘油胺类环氧树脂
工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主，其次是缩水甘油胺类环氧树脂。
2.2.1.1缩水甘油醚类环氧树脂
缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。
1）二酚基丙烷型环氧树脂
二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。
工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。
2）酚醛多环氧树脂
酚醛多环氧树脂包括有苯酚甲醛型、邻甲酚甲醛型多环氧树脂，它与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化后产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。它们是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的。
3）其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂
这类树脂中具有实用性的代表有：间苯二酚型环氧树脂、间苯二酚-甲醛型环氧树脂、四酚基乙烷型环氧树脂和三羟苯基甲烷型环氧树脂，这些多官能缩水甘油醚树脂固化后具有高的热变形温度和刚性，可单独或者与通用E型树脂共混，供作高性能复合材料（ACM）、印刷线路板等基体材料。
4）脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂
脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基，这类树脂绝大多数粘度很低，大多数是长链线型分子，因此富有柔韧性。
2.2.1.2其它类型缩水甘油基环氧树脂
1）缩水甘油酯类环氧树脂
缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好，反应活性高，粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好，电绝缘性好，耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性，在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。
2）缩水甘油胺类环氧树脂
这类树脂的优点是多官能度、环氧当量高，交联密度大，耐热性显著提高。目前国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性，来制造碳纤维增强的复合材料（CFRP）用于飞机二次结构材料。
2.2.2 环氧化烯烃型环氧树脂
环氧化烯烃型环氧树是用有机过氧酸使含有双键的直链、环状化合物氧化制的。
a.直链脂肪族烯烃环氧树脂
b.脂环族烯烃环氧树脂
c.混合型烯烃环氧树脂
2.2.2.1脂环族环氧树脂
这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的，它们的分子结构和二酚基丙烷型环氧树脂及其它环氧树脂有很大差异，前者环氧基都直接连接在脂环上，而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。
2.2.2.2脂肪族环氧树脂
这类环氧树脂分子结构里不仅无苯核，也无脂环结构，仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。
3.环氧树脂添加剂
环氧树脂一般和添加剂同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有固化剂、固化促进剂、填料、稀释剂、增塑剂等。 其中固化剂是必不可少的添加物，否则环氧树脂不能固化。
3.1固化剂
常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂；加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂；潜伏性固化剂，一般选用双氰胺类物质做固化剂。
3.2固化促进剂
在环氧树脂中，为了加速固化反应，降低固化温度，缩短固化时间所加入的一些物质称为固化促进剂。常用的固化促进剂主要有取代酚类和一些催化型固化剂，如咪唑类化合物（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，并改善树脂固化时的散热条件，用了填料也可以减少环氧树脂的用量，降低成本。因用途不同可选用不同的填料。其大小最好小于100目，用量视用途而定。常用填料简介如下：
|
填料名称 |
作用 |
|
石棉纤维、玻璃纤维 |
增加韧性、耐冲击性 |
|
石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂 |
提高硬度 |
|
氧化铝、瓷粉 |
增加粘接力，增加机械强度 |
|
石棉粉、硅胶粉、高温水泥 |
提高耐热性 |
|
石棉粉、石英粉、石粉 |
降低收缩率 |
|
铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末 |
增加导热、导电率 |
|
石墨粉、滑石粉、石英粉 |
提高抗磨性能及润滑性能 |
|
金刚砂及其它磨料 |
提高抗磨性能 |
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云母粉、瓷粉、石英粉 |
增加绝缘性能 |
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各种颜料、石墨 |
具有色彩 |
3.4稀释剂
其作用是降低粘度，改善树脂的渗透性。稀释剂可分惰性及活性二大类。
3.4.1惰性稀释剂
惰性稀释剂就是常用的溶剂，如丙酮、二甲苯、甲苯、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等溶剂。
3.4.2活性稀释剂
活性稀释剂就是那些含有活性基团，能参加固化反应的低分子化合物，如环氧丙基丁基醚、乙二醇双缩水甘油醚、邻甲苯基缩水甘油醚（稀释剂691）、苄基缩水甘油醚（稀释剂692）等。
3.5增塑剂
加入适量的增塑剂可以增加树脂的流动性，降低树脂固化后的脆性，并能提高抗弯和抗冲击强度。所用的品种有活性增塑剂和非活性增塑剂两类，常用的活性增塑剂有液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、羟端基聚醚等，常用的非活性增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三苯酯等。
4.环氧树脂应用领域
环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。
4.1 涂料
环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例，它能制成各具特色、用途各异的品种。其共性：
a：粘合力强而收缩力及热膨胀系数较小。
b：柔韧性及电绝缘性能优良。
c：耐化学品性和稳定性良好。
d：耐水性和耐侯性稍差。
因此环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆，但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。
4.2胶粘剂
环氧树脂对大部分材料如木材、金属、玻璃、塑料、橡胶、皮革、陶瓷、纤维等都有良好的粘合性能，只对少数材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯、赛璐璐等粘结力较差，因此有万能胶之称。环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。
4.3电子电器材料
由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点，已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用，发展很快。主要用于：
电器、电机绝缘封装件的浇注；电子元件和线路的器件的灌封绝缘； 电子级环氧模塑料用于半导体元器件的塑封；环氧层压塑料在电子、电器领域。
4.4工程塑料复合材料
环氧工程塑料主要包括用于高压成型的环氧模塑料和环氧层压塑料，以及环氧泡沫塑料。
环氧工程塑料也可以看作是一种广义的环氧复合材料，环氧复合材料主要有环氧玻璃钢(通用型复合材料)和环氧结构复合材料。环氧复合材料是化工及航空、航天、军工等高技术领域的一种重要的结构材料和功能材料。
4.5土建材料
主要用作防腐地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等。
5.参考配方
配方1：双组份环氧灌封胶
（各物质组分及含量都经过修改，与实际配方相差较大，仅供参考）
A组分
|
成分 |
质量百分比 |
成分说明 |
|
双酚A型环氧树脂 |
40-50% |
树脂 |
|
双酚F型环氧树脂 |
5-10% |
树脂 |
|
氧化铝 |
20-25% |
导热填料 |
|
硅微粉 |
20-25% |
导热填料 |
|
二氧化钛 |
5-10% |
填料 |
|
红色色粉 |
0.1-1.0% |
色粉 |
B组分
|
成分 |
质量百分比 |
成分说明 |
|
甲基四氢苯酐酐 |
20-30% |
固化剂 |
|
DMAP |
1-5% |
促进剂 |
|
甲基咪唑 |
1-5% |
促进剂 |
|
液体丁腈橡胶 |
5-10% |
增韧剂 |
|
邻苯二甲酸二丁酯 |
2-6% |
增塑剂 |
|
氧化铝 |
5-10% |
导热填料 |
|
硅微粉 |
40-60% |
导热填料 |
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