環(huán)氧樹脂種類及性能
一、 定義
1、環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）是泛指含有兩個或兩個以上環(huán)氧基 ，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族等有
機化合物為骨架并能通過環(huán)氧基團反應(yīng)形成有用的熱固化產(chǎn)物的高分子低聚體(Oligomer）。當(dāng)聚合度n為零時，稱之為環(huán)氧化合物，簡稱環(huán)氧化物（Epoxide）。這些低相對分子質(zhì)量樹脂雖不完全滿足嚴格的定義但因具有環(huán)氧樹脂的基本屬性在稱呼時也不加區(qū)別地統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。典型的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)如下式。
2、環(huán)氧基是環(huán)氧樹脂的特性基團，它的含量多少是這種樹脂最為重要的指標(biāo)。描述環(huán)氧基含量有以下幾種不同的表示法：
⑴ 環(huán)氧當(dāng)量 ：是指含有1 mol環(huán)氧樹脂的質(zhì)量，低相對分子質(zhì)量（分子量）環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量為175～20012 gmol'> ,隨著分子量的增大環(huán)氧基間的鏈段越長，所以高分子量環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量就相應(yīng)的高。
⑵ 環(huán)氧值 ：每100g樹脂中所含有環(huán)氧基的物質(zhì)的量（摩爾）。這種表示方法有利于固化劑用量的計量和用量的表示。因為固化劑用量的含義是每100g環(huán)氧樹脂中固化劑的加入量（part perhundred of resin縮寫成phr）。我國采用環(huán)氧值這一物理量。
環(huán)氧當(dāng)量=100/環(huán)氧值
3、粘度的定義
粘度：液體在流動時，在其分子間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，黏性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。
粘度單位有兩種：1、厘泊 (cps) 2、毫帕秒 （m·pas）
1厘泊（cps）= 1 毫帕秒（m·pas）
二、 種類及性能
1、雙酚A型環(huán)氧樹脂 ：雙酚A（即二酚基丙烷）型 環(huán)氧樹脂即二酚基丙烷縮水甘油醚。在環(huán)氧樹脂中它的原材料易得、成本最低，因而產(chǎn)量****（在我國約占環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的90％，在世界約占環(huán)氧樹脂總產(chǎn)量的75％～80％），用途最廣，被稱為通用型環(huán)氧樹脂。由雙酚A型環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)決定了它的性能具有以下特點：
⑴ 是熱塑性樹脂，但具有熱固性，能與多種固化劑，催化劑及添加劑形成多種性能優(yōu)異的固化物，幾乎能滿足各種使用需求。
⑵ 樹脂的工藝性好。固化時基本上不產(chǎn)生小分子揮發(fā)物，可低壓成型。能溶于多種溶劑。
⑶ 固化物有很高的強度和粘結(jié)強度。
⑷ 固化物有較高的耐腐蝕性和電性能。
⑸ 固化物有一定的韌性和耐熱性。
⑹ 主要缺點是：耐熱性和韌性不高，耐濕熱性和耐候性差。
2、雙酚F型環(huán)氧樹脂 ：這是為了降低雙酚A型環(huán)氧樹脂本身的粘度并具有同樣性能而研制出的一種新型環(huán)氧樹脂。通常是用雙酚F（二酚基甲烷）與環(huán)氧氯丙烷在NaOH作用下反應(yīng)而得的液態(tài)雙酚F型環(huán)氧樹脂。
雙酚F型環(huán)氧樹脂的特點是黏度小，不到雙酚A型環(huán)氧樹脂黏度的 1213'> ，對纖維的浸漬性好。其固化物的性能與雙酚A型環(huán)氧樹脂幾乎相同，但耐熱性稍低而耐腐蝕性稍優(yōu)。液態(tài)雙酚F型環(huán)氧樹脂可用于無溶劑涂料、膠粘劑、鑄塑料、玻璃鋼及碳纖維復(fù)合材料等。
3、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂:多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂是一類多官能團環(huán)氧樹脂。在其分子中有兩個以上的環(huán)氧基，因此固化物的交聯(lián)密度大，具有優(yōu)良的耐熱性、強度、模量、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。
4、脂肪族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂：脂肪族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂是由二元或多元醇與環(huán)氧氯丙烷在催化劑作用下開環(huán)醚化，生成氯醇中間產(chǎn)物，再與堿反應(yīng)，脫HCl閉環(huán)，形成縮水甘油醚。
脂肪族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂是由二個或二個以上環(huán)氧基與脂肪鏈直接相連而成。在分子結(jié)構(gòu)里沒有苯環(huán)、脂環(huán)和雜環(huán)等環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類樹脂絕大多數(shù)粘度很小，大多數(shù)品種居于偶水溶性，大多數(shù)是長鏈型分子，因此富有柔韌性。但其耐熱性較差。
5、縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂：縮水甘油酯型環(huán)氧樹脂是20世紀50年代發(fā)展起來的一類環(huán)氧樹脂，是分子結(jié)構(gòu)中有二個或二個以上縮水甘油酯基的化合物。其主要特點是：
⑴ 黏度小，工藝性好。可用于澆注、包封，也可用作活性稀釋劑。
⑵ 反應(yīng)活性大，凝膠時間只有雙酚A型環(huán)氧樹脂的一半左右。、
⑶ 與其他環(huán)氧樹脂的相溶性好，可與之混用以改進普通環(huán)氧樹脂的性能。
⑷ 粘接強度高，固化物的力學(xué)性能好。
⑸ 具有良好的耐超低溫性。在-196℃到-253℃的超低溫條件下，任具有比雙酚A型環(huán)氧樹脂高的抗剪強度。
⑹ 電絕緣性好，尤其是耐漏電痕跡性好。
⑺ 表面光澤度及透光性好。
⑻ 由于分子中不含酚氧基，因此耐候性優(yōu)于雙酚A型環(huán)氧樹脂。
⑼ 主要缺點是酯鍵的存在使耐水性、耐酸性和耐堿性較差，耐熱性也較低。
6、縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂：縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂是用伯胺或仲胺與環(huán)氧氯丙烷合成的含有二個或二個以上縮水甘油胺基的化合物。這類環(huán)氧樹脂的特點是多官能性，黏度低，活性高，環(huán)氧當(dāng)量小，教練密度大，耐熱性高，粘接力強，力學(xué)性能個耐腐蝕性好，可與其它類型環(huán)氧樹脂混用。其缺點是有一定脆性，分子結(jié)構(gòu)中有環(huán)氧基又有胺基，因此有自固化性，貯存期短。
7、環(huán)氧化烯烴化合物：
⑴ 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂：脂環(huán)族環(huán)氧樹脂（環(huán)氧化脂環(huán)烯烴化合物）是含有二個脂環(huán)環(huán)氧基的低分子化合物。本身不是聚合物，但是與固化劑作用后能生成性能優(yōu)異的三維體型結(jié)構(gòu)的聚合物。
脂環(huán)族環(huán)氧樹脂是低分子化合物，黏度小、工藝性好�？勺鳛榛钚韵♂寗┯谩－h(huán)氧當(dāng)量小，交聯(lián)密度大，再加上有熱穩(wěn)定性好的剛性脂環(huán)，因此耐熱性高，但較脆，韌性差。固化收縮小，拉伸強度高。由于合成過程中不含Cl、Na等離子，所以電性能好，尤其是高溫電性能及耐電弧性好。不含苯環(huán)，因而耐紫外線及耐候性好。
⑵ 脂肪族環(huán)氧化烯烴化合物：它是以脂肪族烯烴的雙鍵用過氧化物環(huán)氧化而制得的環(huán)氧樹脂。在其分子結(jié)構(gòu)中沒有苯環(huán)、脂環(huán)和雜環(huán)，只有脂肪鏈。其性能特點：
a、為線型大分子。同時具有聚丁二烯橡膠結(jié)構(gòu)和環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，因此具有良好的沖擊韌性和粘結(jié)性能。
b、和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂相似，易與酸酐類固化劑發(fā)生反應(yīng)，而與親核性固化劑（胺類）的反應(yīng)性較低。
c、樹脂分子中還含有雙鍵和羥基。
d、當(dāng)采用酸酐-多元醇為固化劑，并同時添加苯乙烯及過氧化物引發(fā)劑，則可進一步增加交聯(lián)密度，從而提高耐熱性及力學(xué)性能。
e、與固化劑混溶后黏度小，操作方便，工藝性好。
f、固化物有良好的耐熱性，熱變形溫度可達200℃以上，在高溫下有非常突出的強度保持率。粘結(jié)性、耐候性及電性能均優(yōu)異，在200℃電性能很穩(wěn)定。
g、主要缺點是固化收縮率大。
8、雜環(huán)型和混合型環(huán)氧樹脂
⑴ 雜環(huán)型縮水甘油環(huán)氧樹脂：這是一類含有雜環(huán)的高性能環(huán)氧樹脂。縮水甘油基直接連接在雜環(huán)上，因而具有優(yōu)異的耐熱性、耐候性和電性能。主要產(chǎn)品有：
a、三聚氰酸環(huán)氧樹脂（三聚氰酸三縮水甘油環(huán)氧樹脂、TGIC）：是三聚氰酸與環(huán)氧氯丙烷在催化劑作用下合成的一種具有三氮雜環(huán)的多官能團環(huán)氧樹脂。TGIC的反應(yīng)活性比雙酚A型環(huán)氧樹脂要高，溶解性差，所以通常都用酸酐做固化劑，加熱固化，它具有優(yōu)異的耐高溫性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐紫光老化性和耐候性。力學(xué)性能和電性能良好，尤其是在高溫下能保持優(yōu)良的力學(xué)性能和電性能。固化物硬而脆，耐機械沖擊和熱沖擊性能差。
b、 海因（Hydantion）環(huán)氧樹脂：海因環(huán)氧樹脂是含有海因環(huán)（五元二氮雜環(huán)）的一類新型環(huán)氧樹脂。這類樹脂可以是縮水甘油胺型、縮水甘油醚型或縮水甘油酯型樹脂，也可以是單海因核或多海因核樹脂。其具有下列特點：
① 黏度低、工藝性好。
② 熱穩(wěn)定性好，耐熱性高。
③ 耐候性好。其涂料在日光或紫外線暴曬下，不易發(fā)黃和粉化。
④ 在高電壓及超高壓下電性能突出，尤其是具有優(yōu)良的耐電弧性和抗漏電痕跡性，可用做耐高電壓絕緣器件。
⑤ 極性很強、黏度低，因而對玻璃纖維、碳纖維和多種填料都是有很好的潤濕能力和粘結(jié)性，可在不降低工藝性的前提下添加大量填料，從而使膨脹系數(shù)及成本降低。
⑥ 毒性小�？捎米魇称钒b和衛(wèi)生包裝用的涂料、無毒膠粘劑等。
⑦ 水溶性海因環(huán)氧樹脂可用來處理紡織品、紙張，以提高其強度和抗皺性能。
⑵ 混合型環(huán)氧樹脂：這是一類在其分子中同時含有兩種不同類型環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂。因此它同時具有這兩類環(huán)氧樹脂的特性。從而在其固化性能和使用性能上帶來了一些單一類型環(huán)氧樹脂所不具備的特點。例如，由于兩類環(huán)氧基的活性不同，因而有可能實現(xiàn)分段固化，或制成B階樹脂，亦有可能實現(xiàn)低溫固化高溫使用的要求。在選擇固化劑時有更大的靈活性。這就給配方設(shè)計和工藝設(shè)計提供了更多的選擇余地，能更好地滿足工藝要求和使用要求，擴大了使用范圍。
