環氧樹脂(Epoxy Resin,簡稱EP)是指大分子鏈上含有醚鍵而在兩端含有環氧基團的一類聚合物。
EP有很多種類,按組成可分為雙酚A型、雙酚F型、雙酚S型、脂環族、脂肪族及酚醛環氧等類型。但工業上應用最多的還是雙酚A型EP,本節隻對這種樹脂進行介紹。
7.3.1環氧樹脂及其結構
雙酚A型EP是由二酚基丙烷(雙酚A)和環氧氯丙烷縮聚而成的產物。
EP大分子鏈中含有大量活潑的環氧基、羥基及醚基,具有很好的反應活性。其中,環氧基團可與固化劑反應,使線形結構變成網狀體型結構;而羥基及醚基等極性基團使分子間作用力增強;苯基賦予製品力學和耐熱性能;亞甲基則提供製品以柔性和衝擊性能。
EP的形態與相對分子質量有很大關係。低相對分子質量EP n<2,相對分子質量為 340~400,軟化點低於 50℃,在室溫下以黏稠液體狀態存在;中相對分子質量EP n=2~5,相對分子質量為600~3000,軟化點在50~95℃之間,室溫為固體;高相對分子質量EP n>5,相對分子質量>3000,軟化點在145~155 ℃之間,室溫為固體。固體樹脂常用於壓製成型,液體樹脂常用於澆鑄及層壓成型等。
環氧值(Epoxy Value)是EP的重要性能指標,可用以鑒定EP的質量,或計算固化劑的用量。環氧值定義為每100g EP中含有的環氧基的當量數。
雙酚A型EP的環氧值Ev、環氧當量En、環氧基百分含量Ec之間的換算關係為:
環氧值=100/環氧當量=2×100/EP摩爾質量,即:Ev=2×100/M。
環氧當量=100/環氧值,即:En=100/Ev。
環氧基含量=43×環氧值=43×100/環氧當量,即:Ec=43×100/En。
例如,某雙酚A型EP其環氧當量為180g/當量,那麼該樹脂環氧值為100/180=0.556;該樹脂環氧基百分含量為43×100/180=43×0.556=23.88。
EP的性能與其分子鏈上環氧基的數目有重要關係,因此可用環氧值來表征EP的牌號。如 E-42表示此 EP的環氧值為0.42。
7.3.2環氧塑料及其性能
環氧塑料由EP樹脂、固化劑、稀釋劑、增塑劑、增韌劑、增強劑及填充劑等組成。各種助劑的作用如下。
①固化劑其作用是使EP樹脂交聯固化,有胺類固化劑、酸酐類固化劑、咪唑類固化劑和高分子類固化劑等類型。低相對分子質量EP如要用於塑料製品,必須加入固化劑在一定溫度下進行交聯固化反應,形成體型網狀結構,才具有優異的性能。
胺類固化劑為EP用量最大的固化劑,包括脂肪族胺、芳香族胺及改性胺等,主要品種有乙二胺(用量6%~8%),二乙烯三胺(用量8%~10%),間苯二胺(用量 14%~16%)。
酸酐類固化劑包括芳香酸酐、脂肪酸酐、脂環酸酐、鹵代酸酐等,主要品種有順丁烯二酸酐(用量30%~40%),均苯四酸二酐(用量56份),鄰苯二甲酸酐(用量 30~50份),聚壬二酸酐(用量20%~25%)。
咪唑類固化劑有二甲基咪唑(用量0.5%~10%)等。
高分子類固化劑有低分子PA、PF、苯胺甲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、脲醛樹脂等。
②稀釋劑其作用為降低 EP的黏度,改善其流動性。
稀釋劑包括非活性和活性兩類稀釋劑。非活性稀釋劑不參與固化反應,大多為高沸點溶劑如戊醇、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)及PS等,用量約為5%~15%;活性稀釋劑參與固化反應,包括有苯乙烯氧化物、苯基縮水甘油醚及烯丙基縮水甘油醚等,用量約為5%~20%。