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1、 定義及發(fā)展史
1.1 定義
環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）是泛指含有2個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基，以脂肪族或芳香族為主鏈的高分子預(yù)聚物。（某些環(huán)氧化合物因具有環(huán)氧樹脂的基本屬性在稱呼時(shí)也被不加區(qū)別地稱為環(huán)氧樹脂）。典型的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)為：
化學(xué)名稱：雙酚A二縮水甘油醚
英文名稱：Diglycidyl ether of bis phenol A（縮寫DGEBP A）
環(huán)氧基是環(huán)氧樹脂的特性基團(tuán)，它的含量多少是這種樹脂重要的指標(biāo)。描述環(huán)氧基含量有3種不同的方法。
環(huán)氧當(dāng)量 是指含有1mol環(huán)氧樹脂的質(zhì)量，低相對(duì)分子質(zhì)量（分子量）環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量為175－200g/mol，隨著分子是的增大環(huán)氧基間的鏈段越長(zhǎng)，所以高分子量環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量就相應(yīng)的高。如果在樹脂的鏈段中沒有支鏈，是線型分子，鏈段的兩端都是以一個(gè)環(huán)氧基為終止，那么環(huán)氧當(dāng)量將是樹脂平均分子量的一半。由此可推導(dǎo)出，分子量＝環(huán)氧當(dāng)量×2，這一公式只適用于上述理想狀態(tài)。環(huán)氧當(dāng)量這個(gè)物理量常被美國(guó)、歐洲各國(guó)、日本等國(guó)采用。
環(huán)氧值 每100g樹脂中所含有環(huán)氧在的物質(zhì)的量（摩爾）。這種表示方法有利于固化劑用量的計(jì)量和用量的表示。因?yàn)楣袒瘎┯昧康暮x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(guó)采用環(huán)氧值這一概念。
環(huán)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù) 每100g樹脂中含有環(huán)氧基的質(zhì)量（克）。這一物理量是俄羅斯、東歐各國(guó)所慣用的。
3種表示方式之間的互相換算公式如下：
環(huán)氧基分子量為43/mol
環(huán)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝環(huán)氧基分子量環(huán)×環(huán)氧值
環(huán)氧樹脂是一種以液態(tài)到固態(tài)的物質(zhì)。它幾乎沒有單獨(dú)的使用價(jià)值，一般只有和固化劑反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶不熔聚合物才有應(yīng)用價(jià)值。因引環(huán)氧樹脂歸屬于熱固性的樹脂范疇。這種由預(yù)聚體變成固化產(chǎn)物。按其用途分別稱為環(huán)氧樹脂涂層、環(huán)氧樹脂膠粘劑、環(huán)氧樹脂層壓板、環(huán)氧樹脂澆鑄料等。
1.2 發(fā)展史
環(huán)氧樹脂的發(fā)明曾經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，它的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用僅是近40年的事情。
在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初兩個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)揭開了環(huán)氧樹脂發(fā)明的帷幕。遠(yuǎn)在1891年德國(guó)的Lindmann用對(duì)苯二酚和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成了樹脂狀產(chǎn)物。1909年俄國(guó)化學(xué)家Prileschajew發(fā)現(xiàn)用過氧化苯甲醚和烯烴反應(yīng)可生成環(huán)氧化合物。這兩種化學(xué)反應(yīng)至今仍是環(huán)氧樹脂合成中的主要途徑。
1934年Schlack用胺類化合物使含有大于一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的化合物聚合制得了高分子聚合物，并作為德國(guó)的發(fā)表。1938年這后的幾年間瑞士的Pierre castan及美國(guó)的S.O.Greenlee所發(fā)表的多項(xiàng)都揭示了雙酚A和環(huán)氧氯丙烷經(jīng)縮聚反應(yīng)能制得環(huán)氧樹脂；用有機(jī)多元胺類或鄰苯二甲酸均可使樹脂固化，并具有優(yōu)良的粘接性。這些研究成果促使了美De Voe-Raynolds公司在1947年進(jìn)行了次具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的環(huán)氧樹脂的制造。不久瑞士的CIBA公司、美國(guó)的Shell公司以及De Chemical公司都開始了環(huán)氧樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用開發(fā)工作。到了20世紀(jì)50年代初期環(huán)氧樹脂在電氣絕緣澆鑄、防腐蝕涂料、金屬的粘接等應(yīng)用領(lǐng)域有了突破。于是環(huán)氧樹脂作為一個(gè)行業(yè)蓬勃發(fā)展起來(lái)了。
我國(guó)的環(huán)氧樹脂的開發(fā)始于1956年，在沈陽(yáng)、上海兩地先獲得了成功。1958年上海開始工業(yè)化生產(chǎn)。
經(jīng)過40余年的努力，我國(guó)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。目前生產(chǎn)廠家已達(dá)100余家。生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量日益增多，質(zhì)量不斷提高，在現(xiàn)代化的建設(shè)中正起著越來(lái)越重要的作用。但是以生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、品種方面和先進(jìn)水平相比差距還很大。我們必須用跳躍式發(fā)展模式，向著“規(guī)模化、高純化、精細(xì)化、專用化、系列化、功能化”六化方向發(fā)展，才能滿足各行各業(yè)對(duì)環(huán)氧樹脂的需求。
2、 環(huán)氧樹脂的特性
環(huán)氧樹脂通用的具有代表性的品種是雙酚A二縮水甘油醚，通稱為雙酚A型環(huán)氧樹脂。
從它的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分析具有以下特性：
2.1 粘接強(qiáng)度高、粘接面廣
環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有羥基、醚鍵和活性極大的環(huán)氧基，它們使環(huán)氧樹脂的分子和相鄰界面產(chǎn)生電磁吸附或化學(xué)鍵，尤其是環(huán)氧基又能在固化劑作用下發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，分子本身有了一定的內(nèi)聚力。因此環(huán)氧樹脂型膠粘劑粘接性特別強(qiáng)，除了聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯不能直接用環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接外，對(duì)開絕大多數(shù)的金屬和非金屬都具有良好的粘接性，因此它有萬(wàn)膠的美稱。它與許多非金屬材料（玻璃、陶瓷、木材）的粘接強(qiáng)度往往超過材料本身的強(qiáng)度，因此可用于許多受力結(jié)構(gòu)件中，是結(jié)構(gòu)型膠粘劑的主要組成之一。
2.2 收縮率低
環(huán)氧樹脂的固化主要是依靠環(huán)氧基的開環(huán)加成聚合，因此固化過程中不產(chǎn)生低分子物；環(huán)氧樹脂本身具有仲羥基，再加上環(huán)氧基固化時(shí)派生的部分殘留羥基，它們的氫鍵締合作用使分子排列緊密，因此環(huán)氧樹脂的固化收縮率是熱固性樹脂中低的品種之一，一般為1%－2%。如果選用適當(dāng)?shù)奶羁墒构袒湛s率降至0.2%。
環(huán)氧樹脂固化收縮率低這一特點(diǎn)使加工制品尺寸穩(wěn)定。內(nèi)應(yīng)力小，不易開裂。因此環(huán)氧樹脂在澆鑄成型加工中獲得廣泛的應(yīng)用。
2.3 穩(wěn)定性好
環(huán)氧樹脂只要不含有酸、堿、鹽等雜質(zhì)，是不易變質(zhì)的，如果貯存得好（如密封、不受潮、不遇高溫）可以有1年的使用壽命，1年后如果檢驗(yàn)合格仍可使用。
固化后的環(huán)氧樹脂主鏈?zhǔn)敲焰I和苯環(huán)、三向交聯(lián)結(jié)構(gòu)致密又封閉，因此它既耐酸又耐堿及多種介質(zhì)。
2.4 優(yōu)良的電絕緣性
固化后的環(huán)氧樹脂吸水率低，不再具有活性基團(tuán)和游離的離子，因此具有優(yōu)異的電絕緣性。
2.5 機(jī)械強(qiáng)度高
固化后的環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，而分子結(jié)構(gòu)致密，所以它的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)地高于酚醛樹脂和聚酯樹脂。
2.6 良好的加工性
環(huán)氧樹脂配方組分的靈活性、加工工藝和制品性能的多樣性是高分子材料中罕見的。
固化前的環(huán)氧樹脂是熱塑性的，低分子量的呈液體，中、高分子量的呈固態(tài)，加熱可降低樹脂的粘度。在樹脂的軟化點(diǎn)以上溫度范圍下環(huán)氧樹脂和固化劑，其它助劑、填料有良好的混溶性。由于在固化過程中沒有低分子物質(zhì)放出，可以在常壓下成型，不要求放氣或變動(dòng)壓力，因此操作十分方便，不需要過分高的技術(shù)設(shè)備。
