第三章第三章 环氧树脂（环氧树脂（Epoxy）3.1 引言引言 环氧树脂具有优良的物理机械性能、环氧树脂具有优良的物理机械性能、环氧树脂具有优良的物理机械性能、环氧树脂具有优良的物理机械性能、电绝缘性电绝缘性电绝缘性电绝缘性能能能能、耐化学腐蚀性能、耐热及、耐化学腐蚀性能、耐热及、耐化学腐蚀性能、耐热及、耐化学腐蚀性能、耐热及粘接性能粘接性能粘接性能粘接性能，广泛用于，广泛用于，广泛用于，广泛用于机械电子、化学化工（涂料、粘结剂）、航空航天、机械电子、化学化工（涂料、粘结剂）、航空航天、机械电子、化学化工（涂料、粘结剂）、航空航天、机械电子、化学化工（涂料、粘结剂）、航空航天、汽车、船舶、建筑等工业领域。汽车、船舶、建筑等工业领域。汽车、船舶、建筑等工业领域。汽车、船舶、建筑等工业领域。是应用领域最为广是应用领域最为广是应用领域最为广是应用领域最为广泛的一类热固性树脂泛的一类热固性树脂泛的一类热固性树脂泛的一类热固性树脂。 我国现在已经是环氧树脂我国现在已经是环氧树脂我国现在已经是环氧树脂我国现在已经是环氧树脂产量、进口量、消费产量、进口量、消费产量、进口量、消费产量、进口量、消费量最大量最大量最大量最大的国家。的国家。的国家。的国家。 20062006年我国产量年我国产量年我国产量年我国产量5252万吨万吨万吨万吨。 预计预计预计预计20102010年我国环氧树脂生产能力将达到年我国环氧树脂生产能力将达到年我国环氧树脂生产能力将达到年我国环氧树脂生产能力将达到100100万万万万吨，占全球总产能的一半。吨，占全球总产能的一半。吨，占全球总产能的一半。吨，占全球总产能的一半。 1 13.1.1 环氧树脂的定义与特征环氧树脂的定义与特征 定义：定义：环氧树脂环氧树脂是指分子中含有是指分子中含有两个或两两个或两个以上个以上环氧基团的一类有机高分子化合物，环氧基团的一类有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子量都很小。一除个别外，它们的相对分子量都很小。一般在般在350500之间。之间。 结构特点：结构特点：分子链中含有分子链中含有活泼的环氧基团活泼的环氧基团。环氧基团可以位于分子链的末端、中间、环氧基团可以位于分子链的末端、中间、或成环状结构。或成环状结构。2 21、形式多样、形式多样2、固化方便、固化方便3、粘附力强、粘附力强4、收缩率低、收缩率低5、机械强度高、机械强度高6、电绝缘性优良、电绝缘性优良7、化学稳定性强、化学稳定性强8、尺寸稳定性好、尺寸稳定性好3.1.2 环氧树脂的性能与特点环氧树脂的性能与特点3 3 树脂与固化剂品种繁多，可选择范围非常广泛；树脂与固化剂品种繁多，可选择范围非常广泛；树脂与固化剂品种繁多，可选择范围非常广泛；树脂与固化剂品种繁多，可选择范围非常广泛；另有多种形式的改性剂（如增韧剂、稀释剂等）另有多种形式的改性剂（如增韧剂、稀释剂等）另有多种形式的改性剂（如增韧剂、稀释剂等）另有多种形式的改性剂（如增韧剂、稀释剂等） 1 1）从分子结构上可分为）从分子结构上可分为）从分子结构上可分为）从分子结构上可分为缩水甘油醚类环氧、缩水缩水甘油醚类环氧、缩水缩水甘油醚类环氧、缩水缩水甘油醚类环氧、缩水甘油酯类环氧、缩水甘油胺类环氧、脂肪族环氧、甘油酯类环氧、缩水甘油胺类环氧、脂肪族环氧、甘油酯类环氧、缩水甘油胺类环氧、脂肪族环氧、甘油酯类环氧、缩水甘油胺类环氧、脂肪族环氧、脂环族环氧；脂环族环氧；脂环族环氧；脂环族环氧； 2 2）从形态上有低粘度）从形态上有低粘度）从形态上有低粘度）从形态上有低粘度液体环氧液体环氧液体环氧液体环氧和和和和固态环氧固态环氧固态环氧固态环氧； 3 3）从功能上可分为）从功能上可分为）从功能上可分为）从功能上可分为普通环氧普通环氧普通环氧普通环氧和和和和高性能环氧高性能环氧高性能环氧高性能环氧； 4 4）从价位上有）从价位上有）从价位上有）从价位上有低档、中档低档、中档低档、中档低档、中档和和和和高档高档高档高档之分。之分。之分。之分。 1、形式多样、形式多样4 42、固化方便、固化方便 固化剂种类多、固化方便是固化剂种类多、固化方便是固化剂种类多、固化方便是固化剂种类多、固化方便是EPEP的一大特色。的一大特色。的一大特色。的一大特色。 固化剂按固化温度可分为：固化剂按固化温度可分为：固化剂按固化温度可分为：固化剂按固化温度可分为： （1 1）低温和超低温固化剂（）低温和超低温固化剂（）低温和超低温固化剂（）低温和超低温固化剂（0 0 ） （2 2）室温固化剂（）室温固化剂（）室温固化剂（）室温固化剂（0 025 25 ） （3 3）中温固化剂（）中温固化剂（）中温固化剂（）中温固化剂（8080120 120 ） （4 4）高温固化剂（）高温固化剂（）高温固化剂（）高温固化剂（160160180 180 ） 可覆盖可覆盖可覆盖可覆盖5 5 180180的温度范围。的温度范围。的温度范围。的温度范围。5 53、粘附力强、粘附力强 EPEP分子中含有大量分子中含有大量分子中含有大量分子中含有大量极性羟基和醚键极性羟基和醚键极性羟基和醚键极性羟基和醚键，对各种物，对各种物，对各种物，对各种物质均有很高的粘结力。除了质均有很高的粘结力。除了质均有很高的粘结力。除了质均有很高的粘结力。除了聚四氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯不能直接用不能直接用不能直接用不能直接用EPEP粘结外，粘结外，粘结外，粘结外，对绝大多数的金属对绝大多数的金属对绝大多数的金属对绝大多数的金属和非金属都有很好的粘结性，有和非金属都有很好的粘结性，有和非金属都有很好的粘结性，有和非金属都有很好的粘结性，有“ “万能胶万能胶万能胶万能胶” ”之称。之称。之称。之称。它与许多非金属材料（如玻璃、陶瓷、木材）的它与许多非金属材料（如玻璃、陶瓷、木材）的它与许多非金属材料（如玻璃、陶瓷、木材）的它与许多非金属材料（如玻璃、陶瓷、木材）的粘结强度往往超过材料本身的强度，粘结强度往往超过材料本身的强度，粘结强度往往超过材料本身的强度，粘结强度往往超过材料本身的强度，是结构胶粘是结构胶粘是结构胶粘是结构胶粘剂的主要成分之一。剂的主要成分之一。剂的主要成分之一。剂的主要成分之一。6 64、收缩率低、收缩率低 环氧树脂的固化是通过环氧树脂的固化是通过环氧树脂的固化是通过环氧树脂的固化是通过加成方式加成方式加成方式加成方式进行的，固化进行的，固化进行的，固化进行的，固化过程中没有水和其它挥发性副产物放出。另外，过程中没有水和其它挥发性副产物放出。另外，过程中没有水和其它挥发性副产物放出。另外，过程中没有水和其它挥发性副产物放出。另外，环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时环氧树脂本身具有仲羟基，再加上环氧基固化时派生的部分残留羟基，它们的派生的部分残留羟基，它们的派生的部分残留羟基，它们的派生的部分残留羟基，它们的氢键缔合作氢键缔合作氢键缔合作氢键缔合作用使分用使分用使分用使分子排列紧密，子排列紧密，子排列紧密，子排列紧密，因此环氧树脂的固化收缩率是热固因此环氧树脂的固化收缩率是热固因此环氧树脂的固化收缩率是热固因此环氧树脂的固化收缩率是热固性树脂中性树脂中性树脂中性树脂中最低最低最低最低的品种之一，一般为的品种之一，一般为的品种之一，一般为的品种之一，一般为1 1 1 12 2 2 2。7 75、机械强度高、机械强度高 固化后的环氧树脂具有固化后的环氧树脂具有固化后的环氧树脂具有固化后的环氧树脂具有很强的内聚力很强的内聚力很强的内聚力很强的内聚力，而分子，而分子，而分子，而分子结构致密，所以其机械强度明显高于酚醛树脂和结构致密，所以其机械强度明显高于酚醛树脂和结构致密，所以其机械强度明显高于酚醛树脂和结构致密，所以其机械强度明显高于酚醛树脂和不饱和聚酯树脂。如树脂浇铸体的不饱和聚酯树脂。如树脂浇铸体的不饱和聚酯树脂。如树脂浇铸体的不饱和聚酯树脂。如树脂浇铸体的弯曲强度弯曲强度弯曲强度弯曲强度： EP: 120140 MPa EP: 120140 MPa UP: 80-100 MPa UP: 80-100 MPa PH: 60-90 MPa PH: 60-90 MPa8 86、电绝缘性优良、电绝缘性优良 固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基固化后的环氧树脂吸水率低，不再具有活性基团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性能。团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性能。团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性能。团和游离的离子，因此具有优异的电绝缘性能。另外，另外，另外，另外，EPEP组分单一、纯度高。组分单一、纯度高。组分单一、纯度高。组分单一、纯度高。 体积电阻率（体积电阻率（体积电阻率（体积电阻率（v v ） 110 11013131515 介电常数（介电常数（介电常数（介电常数（ ） 3 34 4 介质损耗角正切（介质损耗角正切（介质损耗角正切（介质损耗角正切（tg tg ） 0.0040.0049 97、化学稳定性强、化学稳定性强 固化后的环氧树脂主链是固化后的环氧树脂主链是醚键和苯环醚键和苯环、三向交联结构三向交联结构致密又封闭致密又封闭，因此具有具，因此具有具有优异的有优异的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，耐碱性、耐酸性和耐溶剂性，性能优于性能优于UP和和PH。10108、尺寸稳定性好、尺寸稳定性好 上述性能的综合，使得固化后环氧树脂上述性能的综合，使得固化后环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。11113.1.3 环氧树脂的分类环氧树脂的分类 按合成方法主要分两类：按合成方法主要分两类：按合成方法主要分两类：按合成方法主要分两类： 1. 1. 1. 1. 含活泼氢的化合物与环氧氯丙烷反应含活泼氢的化合物与环氧氯丙烷反应含活泼氢的化合物与环氧氯丙烷反应含活泼氢的化合物与环氧氯丙烷反应 2. 2. 2. 2. 含不饱和双键的化合物经过过醋酸或含不饱和双键的化合物经过过醋酸或含不饱和双键的化合物经过过醋酸或含不饱和双键的化合物经过过醋酸或 过氧化氢进行环氧化。过氧化氢进行环氧化。过氧化氢进行环氧化。过氧化氢进行环氧化。 从分子结构上可分为五大类：从分子结构上可分为五大类：从分子结构上可分为五大类：从分子结构上可分为五大类： 1.1.1.1.缩水甘油醚类缩水甘油醚类缩水甘油醚类缩水甘油醚类 4.4.4.4.脂肪族环氧脂肪族环氧脂肪族环氧脂肪族环氧 2. 2. 2. 2.缩水甘油酯类缩水甘油酯类缩水甘油酯类缩水甘油酯类 5.5.5.5.脂环族环氧脂环族环氧脂环族环氧脂环族环氧 3. 3. 3. 3.缩水甘油胺类缩水甘油胺类缩水甘油胺类缩水甘油胺类12121.1.缩水甘油醚类缩水甘油醚类 2.2.缩水甘油酯类缩水甘油酯类 3.3.缩水甘油胺类缩水甘油胺类4.4.脂肪族环氧脂肪族环氧5.5.脂环族环氧脂环族环氧1313课前回顾课前回顾1 1、什么是环氧树脂？其结构特点是什么？、什么是环氧树脂？其结构特点是什么？、什么是环氧树脂？其结构特点是什么？、什么是环氧树脂？其结构特点是什么？2 2、环氧树脂的性能特点有哪些？其中最重要的特、环氧树脂的性能特点有哪些？其中最重要的特、环氧树脂的性能特点有哪些？其中最重要的特、环氧树脂的性能特点有哪些？其中最重要的特点是什么？为什么？点是什么？为什么？点是什么？为什么？点是什么？为什么？3 3、环氧树脂的合成方法有哪几种？、环氧树脂的合成方法有哪几种？、环氧树脂的合成方法有哪几种？、环氧树脂的合成方法有哪几种？4 4、环氧树脂从分子结构上可分为哪几类？、环氧树脂从分子结构上可分为哪几类？、环氧树脂从分子结构上可分为哪几类？、环氧树脂从分子结构上可分为哪几类？ 分别属于哪一种合成方法？分别属于哪一种合成方法？分别属于哪一种合成方法？分别属于哪一种合成方法？5 5、缩水甘油醚类环氧树脂中最主要且产量最大的、缩水甘油醚类环氧树脂中最主要且产量最大的、缩水甘油醚类环氧树脂中最主要且产量最大的、缩水甘油醚类环氧树脂中最主要且产量最大的是什么环氧？它有哪两类物质反应得到？是什么环氧？它有哪两类物质反应得到？是什么环氧？它有哪两类物质反应得到？是什么环氧？它有哪两类物质反应得到？14143.1.4 二酚基丙烷型环氧树脂二酚基丙烷型环氧树脂 1 1 1 1、主要原料、主要原料、主要原料、主要原料 （1 1 1 1）二酚基丙烷二酚基丙烷二酚基丙烷二酚基丙烷 - - - - 双酚双酚双酚双酚A A A A （2 2 2 2）环氧氯丙烷：环氧氯丙烷：环氧氯丙烷：环氧氯丙烷：非常活泼，可与多种非常活泼，可与多种非常活泼，可与多种非常活泼，可与多种试剂进行反应。试剂进行反应。试剂进行反应。试剂进行反应。1515 与胺类反应与胺类反应 与羟基反应与羟基反应1616 水解反应水解反应1717 与羧酸反应与羧酸反应 聚合反应聚合反应18183.1.5 环氧树脂的命名方法环氧树脂的命名方法1. 1. 代号与型号代号与型号 主要有主要有E E、F F、R R（二氧化双环戊二烯环氧）等。（二氧化双环戊二烯环氧）等。 型号型号“E-51”“E-51”表征的意义。表征的意义。2.2.主要指标主要指标 环氧值或环氧当量。环氧值或环氧当量。 环氧值：环氧值：100g100g环氧树脂中含有环氧基团的物质的环氧树脂中含有环氧基团的物质的量（或克当量数）。量（或克当量数）。 环氧当量：环氧当量：含有含有1 1克当量环氧基的环氧树脂的克克当量环氧基的环氧树脂的克数。数。环氧值环氧值环氧当量环氧当量100 表征意义：反应活性，相对分子量的大小表征意义：反应活性，相对分子量的大小1919