开云官方网址最新·【复材资讯】环氧树脂胶粘剂分类、性能特点和应用分析

　　环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为主体配制而成的。树脂大分子末端有环氧基，链间有羟基和醚键，并在固化过程中还会继续产生羟基和醚键，结构中含有苯环和杂环，这些结构决定了环氧树脂胶粘剂具有优异的性能。环氧树脂胶粘剂是一种使用历史较久，用途极其广泛的胶粘剂。由于其强度、多样性和对多种多样的被粘表面具有优异的粘合力，环氧树脂胶粘剂得到了广泛用户的认同。它们已经参与和加快了某些工业部门的技术。环氧树脂可用于粘接金属、玻璃、陶瓷、许多塑料、木材、混凝土及其他一些表面。

　　在美国生产的环氧树脂中，10%以上用作胶粘剂。过去，人们对环氧树脂的改性一直局限于橡胶方面，如端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、聚硫橡胶等。近年来，对环氧树脂的改性不断深入，改性方法日新月异，如互穿网络法、化学共聚法等，尤其是液晶增韧法和纳米粒子增韧法更是近年来研究的热点。随着“规模化、高纯化、精细化、专用化、系列化、功能化”发展模式的确立，环氧树脂的改性研究日新月异，目前已形成业内关注的焦点，它将促使环氧树脂在经济建设和人们生活中进一步越来越广泛地得到应用。

　　胶接（粘合、粘接、胶结、胶粘）是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，具有应力分胶粘剂布连续，重量轻，或密封，多数工艺温度低等特点。胶接特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。胶接近代发展最快，应用行业极广，并对高新科学技术进步和人民日常生活改善有重大影响。因此，研究、开发和生产各类胶粘剂十分重要。

　　环氧树脂胶是指在一个分子结构中，含有两个或两个以上的环氧基，并在适当的化学试剂及合适条件下，能形成三维交联状固化化合物的总称。

　　环氧树脂胶粘剂由环氧树脂、固化剂、增塑剂、促进剂、稀释剂、填充剂、偶联剂、阻燃剂、稳定剂等组成的液态或固态胶粘剂。其中环氧树脂、固化剂、增韧剂是不可缺少的组分，其他则根据需要决定加否。环氧胶粘剂的胶粘过程是一个复杂的物理和化学过程，包括浸润、粘附、固化等步骤，最后生成三维交联结构的固化物，把被粘物结合成一个整体。

　　环氧胶的种类很多，在各类环氧树脂中，双酚A环氧树脂是产量最大、用途最广的一大品种。根据它的分子量不同可分为低、中等、高、超高分子量环氧树脂（聚酚氧树脂）。低分子量的树脂可在室温或高温下固化，但高分子量的环氧树脂必须在高温下才能固化，而超高分子量的聚酚氧树脂不需要借助固化剂，在高温情况下能形成坚韧的膜。随着各种胶粘理论的相继提出，以及胶粘剂化学、胶粘剂流变学和胶粘破坏机理等基础研究工作的深入进展，使胶粘剂性能、品种和应用有了突飞猛进的发展。环氧树脂及其固化体系也以其独特的、优异的性能和新型环氧树脂、新型固化剂和添加剂的不断涌现，成为性能优异、品种众多、适应性广泛的一类重要的胶粘剂。

　　近些年，高强轻质纤维增强复合材料在超低温环境中逐渐使用，对环氧树脂的超低温性能研究也日益加强。在作为复合材料液氢贮箱的基体材料以及在超导领域中用作胶粘剂，浸渍料和纤维增强复合材料的基体材料等方面，我国的研究已取得一些进展。纯环氧树脂具有很高的交联密度，即使在常温下也存在着质脆、韧性低、抗冲击性差等缺点。而作为复合材料的树脂基体，一般都需要在很高的温度下固化。在固化后冷却过程中，由于热收缩树脂基体内部会产生热应力，当温度从室温降低至超低温(-150℃以下)时，基体内因热收缩而产生的内应力将更加显著，而一旦热应力超过树脂本身的强度，就会导致树脂基体的破坏。因此，提高韧性对环氧树脂在超低温下的使用至关重要。

　　目前提高环氧树脂超低温韧性的方法主要是使用柔性的脂肪族树脂和液体橡胶以及柔性固化剂来增韧环氧树脂。由于此类材料玻璃化转变温度较低，常温下具有较大的自由体积，当温度降至超低温时，树脂体系会产生很大的热收缩，导致较大的热应力，这限制了其在超低温下的应用。常温下高性能热塑性塑料与环氧树脂的共混改性，可使共混体系同时兼具有两者的优越性能，即在保持热固性树脂高模量的同时，又兼具热塑性塑料的高韧性。

　　胶粘剂的胶接性能(强度、耐热性、耐腐蚀性、抗渗性等)不仅取决其结构和性能，以及被粘物表面的结构和胶粘特性，而且和接头设计、胶粘剂的制备及胶接工艺等密切相关，同时还受周围环境的制约。因此环氧胶粘剂的应用是一个系统工程。环氧胶粘剂的性能必须与上述影响胶接性能的诸因素相适应，才能获得最佳结果。用相同配方的环氧胶粘剂胶接不同性质的物体，或采用不同的胶接条件、或在不同的使用环境中，其性能会有极大的差别，应用时应充分给予重视。

　　环氧类胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。为改善某些性能，满足不同用途还可以加入增韧剂、稀释剂、促进剂、偶联剂等辅助材料。由于环氧胶粘剂的粘接强度高、通用性强，曾有“万能胶”、“大力胶”之称，在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。

　　随着我国环保法规的日趋健全，以及人们自身健康意识的提高，质量好、无污染、与国际标准接轨的环保型环氧胶粘剂正在逐渐成为合成胶粘剂的主流产品。

　　环氧树脂环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧基团而相对分子质量较低的高分子化合物一、分类环氧树脂的品种、牌号很多，但双酚A缩水醚环氧树脂通常称为双酚A环氧树脂是最重要的一类。它占环氧树脂总产量的90%。双酚A型环氧树脂双酚A型环氧树脂又称通用型环氧树脂和标准型环氧树脂，中国定名为E型环氧树脂，由双酚（BPA或DPP）与环氧氯丙烷（ECH）在氢氧化钠下缩聚而得：根据原料配比、反应条件和采用的方法不同，可制得不同聚合度的低相对分子质量的粘稠液体和高相对分子质量、高软化点固体。平均相对分子质量300～7000。外观为近乎无色或淡透明粘稠液体或片状脆性固体。环氧树脂本身是热塑性线型聚合物，受热时液体树脂粘度变低，固体树脂软化或熔融。溶于丙酮、甲乙酮、环已酮、醋酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、无水乙醇、乙二醇等有机溶剂。氢化双酚A型环氧树脂氢化双酚A型环氧树脂化学名称为氢化双酚A二缩水醚，是由双酚A加氢得到的六氢双酚A与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下缩聚而得。是一种粘度非常低、凝胶时间长、耐候性相当好的环氧树脂。

　　双酚F型环氧树脂化学名称为双酚F二缩水醚,简称DGEBF或BPF，是由苯酚与甲醛在酸性催化剂下反应生成双酚F，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下进行缩聚反应制得的无色或淡透明粘稠液体；双酚S型环氧树脂化学名称为双酚S二缩水甘草油醚，简称为BPS或KGEBS，是由双酚S与环氧甩丙烷在氢氧化钠催化下制得的，双酚S型环氧树脂耐热性高，热变形温度比双酚A环氧树脂高60～700C固化物寸稳定，耐溶剂性良好。双酚P型环氧树脂是由以3-氯丙烯和苯酚为主要原料合成双酚P，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠在催化下缩聚制得。双酚P型环氧树脂分子链柔性大，低温下流动性好，粘度低于双酚A环氧树脂，压缩强度和冲击强度高于双酚A环氧树脂。

　　酚醛环氧树脂主要有苯酚线型酚醋环氧树脂和邻甲酚线型酚醛环氧树脂，还有间苯二酚型酚醛环氧树脂。另外,四酚基乙烷环氧树脂也属于酚醛环氧树脂；苯酚线型酚醛环氧树脂（EPN）是由苯酚与甲醛在酸性介质中进行缩聚反应得到的线型酚醛树脂，再与过量的环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而制得的线棕的粘稠液体或半固体；邻甲酚线型酚醛环氧树脂是邻甲酚与甲醛缩合得到的线型邻甲酚醛树脂，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应，经多步骤处理后而制得的至琥珀色固体；环氧间苯二酚甲醛树脂化学名称为间苯二酚甲醛四缩水醚，是由间苯二酚与甲醛以草酸为催化剂反应制得四官能酚醛树脂。再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而得的橙粘稠液体；四酚基乙烷环氧树脂化学名称为四酚基乙烷缩水醚（PGEE），是由苯酚与乙二醛在酸性催化剂存在下反应制得四酚基乙烷，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下反应制得；萘酚酚醛环氧树脂（EEPN）是以a-萘酚与甲醛溶液缩聚，合成出线型蔡酚醛树脂，再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下反应制得；氟化环氧树脂由于引入了氟原子，使分子结构致密，碳氟原子紧密地排列在树脂主链周围。因而表央张力、磨擦系数、折射率很低，有极优异耐腐蚀性、耐磨性、耐热性、耐污染性、耐久性。但价格高昂不能作为一般的用途。

　　聚氨酯环氧树脂又称环氧氨基甲酸酯树脂,是由聚酯（或醚）多元醇与环氧氯丙烷在BF3和NaOH作用下生成多元醇缩水醚再与二异氰酸酯加成缩聚制得；有机硅环氧树脂是分子结构中含有硅的环氧化物是由聚甲基苯基硅氧烷与环氧树脂共缩聚而成。甲苯为溶液，淡均匀液体；有机钛环氧树脂是由双酚A型环氧树脂中的羟基与钛酸正丁酯反应而得。由于树脂中引入了金属元素钛，不仅解决因羟基存在造成的吸水性增大、防潮性和电性能降低等问是，而且由于树脂中具有P电子的氧原子和具有D电子缺位的钛原直接相连，导致大分子链中存在的P-D共轭效应，而使耐热老化性能显著提高，介电性能更好。外观为至琥珀色高粘度透明液体。

　　随着高新技术和技术的不断发展。近年来对环氧树脂的改性不断深入，互穿网络、化学共聚和纳米粒子增韧等方法广泛应用，由环氧树脂配制成的各种高性能胶粘剂品种也越来越多。

　　环氧树脂胶粘剂的品种繁多，其分类的方法和分类的指标尚未统一。通常按下列方法分类。按胶粘剂的形态分类：如无溶剂型胶粘剂、(有机)溶剂型胶粘剂、水性胶粘剂(又可分为水乳型和水溶型两种)、膏状胶粘剂、薄膜状胶粘剂(环氧胶膜)等。

　　按固化条件分类：冷固化胶(不加热固化胶)。又分为低温固化胶，固化温度＜15℃；室温固化胶，固化温度15～40℃；热固化胶又可分为：中温固化胶，固化温度约80～120℃；高温固化胶，固化温度＞150℃；其他方式固化胶，如光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏性固化胶等。

　　按胶接强度分类：结构胶抗剪及抗拉强度大，而且还应有较高的不均匀扯离强度，使胶接接头在长时间内能承受振动、疲劳及冲击等栽荷。同时还应具有较高的耐热性和耐候性；次受力结构胶能承受中等载荷，通常抗剪强度17～25Mpa，不均匀扯离强度20～50kN/m；非结构胶，即通用型胶粘剂。其室温强度还比较高，但随温度的升高，胶接强度下降较快。只能用于受力不大的部位。

　　按用途分类：通用型胶粘剂，特种胶粘剂，如耐高温胶(使用温度≥150℃)、耐低温胶(可耐-50℃或更低的温度)、应变胶(粘贴应变片用)、导电胶、密封胶(真空密封、机械密封用)、光学胶(无色透明、耐光老化、折光率与光学零件相匹配)、耐腐蚀胶、结构胶等。也可按固化剂的类型来分类,如胺固化环氧胶、酸酐固化胶等。还可分为双组分胶和单组分胶,纯环氧胶和改性环氧胶。

　　一般环氧树脂结构中含有羟基、醚键使它有高的粘接性，由于这些极性基团，因此能使相邻界面产生电磁力，在固化过程少，伴随和固化剂的化学作用，还能进一步生成经基和醚键，不仅有较高的内聚力，而且产生很强的粘附力，所以环氧胶粘剂对许多种材料如金属、塑料、玻璃、木材、纤维等都具有很强的粘接强度，俗称“万能胶”。

　　环氧树脂的分子排列紧密，在固化过程中不析出低分子物，而且它可以配制成无溶剂型胶粘剂，所以它的收缩率一般比较低。如果选用适当填料，可使收缩率降至0.1～0.2％。

　　环氧树指结构中存在稳定的苯环、醚链以及固化后结构致密，决定了环氧胶粘剂具有对大气、潮湿、化学介质、细菌等的作用有很强的抵抗力，因此可应用在许多较为苛刻的环境中。

　　环氧类胶粘剂粘接力大，粘接强度高；收缩率小，尺寸稳定，环氧树脂胶在固化时几乎不放出低分子产物．线膨胀系数受温度影响小，因此，粘接件的尺寸稳定性好；环氧树脂胶的固化产物具有优异的电绝缘性能，体积电阻率为1013～1016Ω.cm，介电强度为30～50KV.Mm-1环氧树脂分子中含有醚键，且分子链间排列紧密，交联密度又。