环氧树脂,又称人造树脂,是一类分子结构中含有两个以上环氧基团的有机高分子聚合物,一种热固性塑料。它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物,其具有优良的绝缘性能[1]、力学性能及化学稳定性等,被广泛用于黏合剂、涂料等领域。
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。由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,它对金属和非金属材料的表面具有的粘接强度,介电性能良好,变定收缩率小,制品尺寸稳定性好,硬度高,柔韧性较好,对碱及大部分溶剂稳定,因而广泛应用于、国民经济各部门,作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。
我国虽然已经成为世界大的环氧树脂生产与消费国,但由于我国环氧树脂生产厂商发展较国家晚了几十年,因此目前国内还没有一家环氧树脂生产厂商的产能排到世界大厂商之列,同时由于我国环氧树脂生产厂商有100 余家,而发达国家各国的环氧树脂生产厂家一般为几家或十几家,因此我国环氧树脂行业集中度低,行业内尚没有具有规模优势的生产厂商。
我国环氧树脂产品结构单一,总体质量距国际水平有一定差距。普通环氧树脂占国内环氧树脂总产量的绝大部分,环氧树脂的比例较小,这造成上一方面普通环氧树脂供大于求,竞争激烈,产能利用率不高;另一方面电子元件封装、覆铜板、功能性粉末涂料、电工浇铸、汽车底漆和风力叶片等对适用性、稳定性要求较高的环氧树脂供不应求,大量依赖进口。
目前环氧树脂主要用于涂料行业和电子行业。复合材料成型用环氧(主要应用于电子行业的印刷电路板)占四分之一。 环氧树脂系统产品用途广泛。一是制成各种环氧树脂涂料、油墨,用于船舶、汽车底架、钢铁结构、管道容器、建筑地坪等各个方面的防护;二是制成各种粘接剂,用于各种材料之间的粘接,如建筑物裂缝的修补、室内装饰的粘接、汽车部件的粘接、飞机船舶用的结构胶等;三是制成各种浇注料,用于电子电器元器件或部件的灌封、密封,混凝土构筑物的制造或修补;四是制成塑封料,封装各种电子电器设备;五是制成复合材料,如用环氧树脂溶液(浸渍料)与玻璃布或玻纤制备层压板或敷铜板,在电器行业中作绝缘板、印刷线路板获得大量的应用;六是制有机导电材料,用于电阻发热元件、电阻器、防静电材料、高压屏蔽材料、电极材料、敏感元件转换器、导电胶等。
由于不同配方的环氧树脂固化体系的固化原理不完全相同,所以环氧树脂的固化历程,即固化工艺条件对环氧固化物的结构和性能影响。相同的配方在不同的固化工艺条件下所得产品的性能会有非常的大的差别。所以正确地作出佳材料配方设计和工艺设计是环氧树脂应用技术的关键,也是技术机密所在。就深入了解和掌握环氧树脂及其固化剂、改性剂等的结构与性能、它们之间的反应机理以及对环氧固化物结构及性能的影响。这样才能在材料配方设计和工艺设计中得心应手,运用自如,取得佳方案,生产和开发出性能佳、成本低的环氧材料和制品。
环氧树脂是一种分子上含两个以上的环氧基团的聚合物,常见由双酚A和环氧氯丙烷,多元醇等等缩合聚合而成。世界上早的塑料酚醛树脂就属于环氧树脂。由于分子中含有环氧基团,所以经常加入固化剂使其发生开环聚合反应,使其由线型的聚合物交联生成网状聚合物,作为热固性树脂使用。环氧树脂具有易于固化,耐热,耐冲击,耐疲劳,电绝缘性等特点,因此在建筑、电器、航空航天等方面起涂料和胶黏剂、绝缘树脂等作用。
环氧树脂可以作为各种形式(液态的或固态的)成型材料提供使用,适用的成型方法有浇铸、压缩成型、传递成型、注射成型、液态树脂适合于浇铸,固态材料适合于其它成型方法。液态成型材料由环氧树脂、固化剂、填料、脱模剂、颜料和其它添加剂组成,固态成型材料基本上采用干式混合法或辊练法制造的。
环氧树脂配合物在常温或高温下发生固化反应成三向网状结构聚合物,这种网状聚合物具有特的优良粘接性,防腐蚀性、机械性能、电气性能及耐药品性能,固化的环氧树脂的性能主要取决于交联密度或交联点间平均分子量以及分子链的化学结构,仅由环氧树脂和固化剂组成的体系,其性能由环氧齐聚物和固化剂的种类,它们之间的配比及固化条件来决定。
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