环氧树脂概念知识
什么是热固性树脂？
热固性树脂或热固性树脂是一种使用固化方法（如加热或辐射）固化或定型为硬形状的聚合物。固化过程是一个不可逆的过程。它通过一种共价化学键交联的聚合物网络。
加热后，热固性材料保持固态，直到温度达到其开始降解的温度。这种机制与热塑性塑料相反。热固性树脂的几个例子是：
- 酚醛树脂(Phenolic resins)
- 氨基树脂(Amino resins)
- 聚酯树脂(Polyester resins)
- 有机硅树脂(Silicone resins)
- 环氧树脂(Epoxy resins)，以及
- 聚氨酯树脂(Polyurethane resins)
其中，环氧树脂或酚醛树脂是最常见的热固性树脂之一。如今，它们被广泛用于结构和特种复合材料应用。由于它们的高强度和刚度（由于高交联度），它们几乎适用于任何应用。
环氧树脂的用途
术语“环氧化物”（欧洲）、α-环氧树脂和1,2-环氧树脂是环氧树脂的替代术语。它们是一大类反应性化合物。这些反应性基团的特征在于存在环氧乙烷或环氧环。这是由一个含有氧原子的三元环表示的，氧原子与两个已经以其他方式结合的碳原子结合。
环氧树脂化学结构
因此，该官能团的存在将分子定义为环氧化物。分子基础可以广泛变化，从而产生各种类别的环氧树脂。它们之所以成功，是因为它们提供了分子结构的多样性，可以使用相同的化学方法生产。此外，环氧树脂可以与各种固化剂和改性剂结合。这样做是为了实现特定应用程序所需的特性。
环氧树脂是如何生产的？
环氧树脂通常通过含有至少两个活性氢原子的化合物（多酚化合物、二胺、氨基酚、杂环酰亚胺和酰胺、脂肪族二醇等）与环氧氯丙烷的反应形成。最广泛使用的环氧树脂单体双酚A二缩水甘油醚 （DGEBA-diglycidyl ether of bisphenol A）的合成是：
双酚A与环氧氯丙烷合成环氧单体
环氧单体的环氧乙烷基团与固化剂反应，例如：
- 脂肪胺和芳香胺酚类，
- 聚酰胺，
- Amidoamines，
- 酸酐，
- 硫醇和酸。
它们与其他合适的开环化合物结合形成刚性热固 性产品。由于高度交联，固化的环氧树脂本质上是脆性的。它们有助于削弱环氧树脂的冲击强度和其他相关性能。因此，有必要对环氧单体进行改性，以提高其柔韧性、韧性和热性能。
复合材料中使用的环氧树脂主要有哪些类型？
复合材料应用中使用的三类主要环氧树脂是：
酚醛缩水甘油醚
它们是通过以下物质之间的缩合反应形成的：
- 环氧氯丙烷和
- 酚基
含酚分子的结构和酚环的数量区分了不同类型的环氧树脂。DGEBA（双酚A的二缩水甘油醚） 是当今应用最广泛的环氧树脂之一。
在生产过程中改变环氧氯丙烷与双酚A的比例可以制备高分子量树脂。这种HMW增加了粘度， 因此这些树脂在室温下是固体的。此类中的其他变体包括：
- 氢化双酚A环氧树脂，
- 由四溴双酚-A生产的溴化树脂，
- 双酚-F的二缩水甘油醚，
- 双酚-H的二缩水甘油醚，
- 双酚-S的二缩水甘油醚等。
溴化树脂是阻燃剂，主要用于电气应用。DGEBH具有良好的耐候性。此外，DGEBS用于获得热稳定的环氧树脂。
苯酚和甲酚酚醛树脂是另外两种类型的芳香缩水甘油醚。它们是通过将苯酚或甲酚与甲醛结合产生多酚而产生的。该多酚随后与环氧氯丙烷反应生成环氧树脂，环氧树脂具有：
- 高功能性和
- 高固化Tg
芳香缩水甘油胺
它们是由环氧氯丙烷与胺反应形成的。芳香胺适 用于高温应用。这类树脂中最重要的是四缩水甘油基亚甲基二苯胺(TGMDA)，它提供：
- 优异的机械性能，
- 高玻璃化转变温度，以及
- 适用于先进的复合航空航天应用。
四缩水甘油基亚甲基二苯胺（TGMDA）TGPAP–三缩水甘油对氨基苯酚是另一种缩水甘油胺。它在室温下表现出低粘度。因此，它通常与其他环氧树脂混合，以在不损失Tg的情况下改变配方的流动性或粘性。
其他商业缩水甘油胺包括二缩水甘油基苯胺四缩水甘油基间二甲苯二胺。
这类树脂的主要缺点是与双A树脂相比成本可能更高。
环脂族化合物
脂环族环氧树脂包含在环结构内部的环氧环。它们是为需要以下内容的应用而设计的：
- 耐高温性，
- 良好的电绝缘性能，
- 抗紫外线性，以及
- 200°C范围内的高玻璃化转变温度
脂环族环氧树脂配方用于制造许多纤维增强结构部件。
示例：六氢邻苯二甲酸和 3,4-环氧环己基甲基-3'， 4'-环氧环己烷的二缩水甘油酯
六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯
环氧树脂的关键性能是什么？
我们在下面列出了环氧树脂提供的关键性能。
- 高强度
- 低收缩率
- 对各种基材具有良好的附着力
- 有效的电气绝缘
- 耐化学性和耐溶剂性，以及
- 低成本、低毒性
环氧树脂很容易固化，而且它们与大多数基材都兼 容。它们易于润湿表面，特别适用于复合材料应用。环 氧树脂也用于改性几种聚合物，如聚氨酯或不饱和聚酯。它们增强了它们的物理和化学特性。对于热固性环氧树脂：
- 抗拉强度范围从90到120MPa
- 拉伸模量范围为3100至3800MPa
- 玻璃化转变温度（Tg）范围为150至220°C
环氧树脂有两个主要缺点，即其脆性和水分敏感性。
注：资料来自互联网。
杨超凡 2024.1.24
