環氧樹脂概念知識
什么是熱固性樹脂？
熱固性樹脂或熱固性樹脂是一種使用固化方法（如加熱或輻射）固化或定型為硬形狀的聚合物。固化過程是一個不可逆的過程。它通過一種共價化學鍵交聯的聚合物網絡。
加熱后，熱固性材料保持固態，直到溫度達到其開始降解的溫度。這種機制與熱塑性塑料相反。熱固性樹脂的幾個例子是：
- 酚醛樹脂(Phenolic resins)
- 氨基樹脂(Amino resins)
- 聚酯樹脂(Polyester resins)
- 有機硅樹脂(Silicone resins)
- 環氧樹脂(Epoxy resins)，以及
- 聚氨酯樹脂(Polyurethane resins)
其中，環氧樹脂或酚醛樹脂是最常見的熱固性樹脂之一。如今，它們被廣泛用于結構和特種復合材料應用。由于它們的高強度和剛度（由于高交聯度），它們幾乎適用于任何應用。
環氧樹脂的用途
術語“環氧化物”（歐洲）、α-環氧樹脂和1,2-環氧樹脂是環氧樹脂的替代術語。它們是一大類反應性化合物。這些反應性基團的特征在于存在環氧乙烷或環氧環。這是由一個含有氧原子的三元環表示的，氧原子與兩個已經以其他方式結合的碳原子結合。
環氧樹脂化學結構
因此，該官能團的存在將分子定義為環氧化物。分子基礎可以廣泛變化，從而產生各種類別的環氧樹脂。它們之所以成功，是因為它們提供了分子結構的多樣性，可以使用相同的化學方法生產。此外，環氧樹脂可以與各種固化劑和改性劑結合。這樣做是為了實現特定應用程序所需的特性。
環氧樹脂是如何生產的？
環氧樹脂通常通過含有至少兩個活性氫原子的化合物（多酚化合物、二胺、氨基酚、雜環酰亞胺和酰胺、脂肪族二醇等）與環氧氯丙烷的反應形成。最廣泛使用的環氧樹脂單體雙酚A二縮水甘油醚 （DGEBA-diglycidyl ether of bisphenol A）的合成是：
雙酚A與環氧氯丙烷合成環氧單體
環氧單體的環氧乙烷基團與固化劑反應，例如：
- 脂肪胺和芳香胺酚類，
- 聚酰胺，
- Amidoamines，
- 酸酐，
- 硫醇和酸。
它們與其他合適的開環化合物結合形成剛性熱固 性產品。由于高度交聯，固化的環氧樹脂本質上是脆性的。它們有助于削弱環氧樹脂的沖擊強度和其他相關性能。因此，有必要對環氧單體進行改性，以提高其柔韌性、韌性和熱性能。
復合材料中使用的環氧樹脂主要有哪些類型？
復合材料應用中使用的三類主要環氧樹脂是：
酚醛縮水甘油醚
它們是通過以下物質之間的縮合反應形成的：
- 環氧氯丙烷和
- 酚基
含酚分子的結構和酚環的數量區分了不同類型的環氧樹脂。DGEBA（雙酚A的二縮水甘油醚） 是當今應用最廣泛的環氧樹脂之一。
在生產過程中改變環氧氯丙烷與雙酚A的比例可以制備高分子量樹脂。這種HMW增加了粘度， 因此這些樹脂在室溫下是固體的。此類中的其他變體包括：
- 氫化雙酚A環氧樹脂，
- 由四溴雙酚-A生產的溴化樹脂，
- 雙酚-F的二縮水甘油醚，
- 雙酚-H的二縮水甘油醚，
- 雙酚-S的二縮水甘油醚等。
溴化樹脂是阻燃劑，主要用于電氣應用。DGEBH具有良好的耐候性。此外，DGEBS用于獲得熱穩定的環氧樹脂。
苯酚和甲酚酚醛樹脂是另外兩種類型的芳香縮水甘油醚。它們是通過將苯酚或甲酚與甲醛結合產生多酚而產生的。該多酚隨后與環氧氯丙烷反應生成環氧樹脂，環氧樹脂具有：
- 高功能性和
- 高固化Tg
芳香縮水甘油胺
它們是由環氧氯丙烷與胺反應形成的。芳香胺適 用于高溫應用。這類樹脂中最重要的是四縮水甘油基亞甲基二苯胺(TGMDA)，它提供：
- 優異的機械性能，
- 高玻璃化轉變溫度，以及
- 適用于先進的復合航空航天應用。
四縮水甘油基亞甲基二苯胺（TGMDA）TGPAP–三縮水甘油對氨基苯酚是另一種縮水甘油胺。它在室溫下表現出低粘度。因此，它通常與其他環氧樹脂混合，以在不損失Tg的情況下改變配方的流動性或粘性。
其他商業縮水甘油胺包括二縮水甘油基苯胺四縮水甘油基間二甲苯二胺。
這類樹脂的主要缺點是與雙A樹脂相比成本可能更高。
環脂族化合物
脂環族環氧樹脂包含在環結構內部的環氧環。它們是為需要以下內容的應用而設計的：
- 耐高溫性，
- 良好的電絕緣性能，
- 抗紫外線性，以及
- 200°C范圍內的高玻璃化轉變溫度
脂環族環氧樹脂配方用于制造許多纖維增強結構部件。
示例：六氫鄰苯二甲酸和 3,4-環氧環己基甲基-3'， 4'-環氧環己烷的二縮水甘油酯
六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯
環氧樹脂的關鍵性能是什么？
我們在下面列出了環氧樹脂提供的關鍵性能。
- 高強度
- 低收縮率
- 對各種基材具有良好的附著力
- 有效的電氣絕緣
- 耐化學性和耐溶劑性，以及
- 低成本、低毒性
環氧樹脂很容易固化，而且它們與大多數基材都兼 容。它們易于潤濕表面，特別適用于復合材料應用。環 氧樹脂也用于改性幾種聚合物，如聚氨酯或不飽和聚酯。它們增強了它們的物理和化學特性。對于熱固性環氧樹脂：
- 抗拉強度范圍從90到120MPa
- 拉伸模量范圍為3100至3800MPa
- 玻璃化轉變溫度（Tg）范圍為150至220°C
環氧樹脂有兩個主要缺點，即其脆性和水分敏感性。
注：資料來自互聯網。
楊超凡 2024.1.24
