环氧树脂与固化剂在复合材料行业的应用.ppt

碳纤维及其复合材料技术与应用研讨会 1 环氧树脂与固化剂在复合材料行业的应用第一节概述第二节环氧树脂分类第三节环氧树脂的性质与特性指标第四节环氧树脂的固化剂及固化反应第五节环氧树脂的改性第六节环氧树脂的应用 2 第一节概述环氧树脂( Epoxy Resin ): 指分子结构中含有 2个或 2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称,是一类重要的热固性树脂。环氧树脂既包括环氧基的低聚物,也包括含环氧基的低分子化合物。环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体,广泛应用于水利、交通、机械、电子、家电、汽车及航空航天等领域。 3 一、环氧树脂的性能特点(为什么用作复合材料基体?) (1) 力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力,分子结构致密,所以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。(2) 附着力强。环氧树脂固化体系中含有活性极大的环氧基、羟基以及醚键、***键、酯键等极性基团,赋予环氧固化物对金属、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。(3) 固化收缩率小。一般为 1%~ 2%。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一(酚醛树脂为 8%~ 10%;不饱和聚酯树脂为 4%~ 6%;有机硅树脂为 4%~ 8%)。线胀系数也很小,一般为 6× 10 -5/℃。所以固化后体积变化不大。(4) 优良的电绝缘性优良。环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。 4 (5) 工艺性好。环氧树脂固化时基本上不产生低分子挥发物,所以可低压成型或接触压成型。能与各种固化剂配合制造无溶剂、高固体、粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。(6) 稳定性好,抗化学药品性优良。不含碱、盐等杂质的环氧树脂不易变质。只要贮存得当(密封、不受潮、不遇高温), 其贮存期为 1年。超期后若检验合格仍可使用。环氧固化物具有优良的化学稳定性。其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂。因此环氧树脂大量用作防腐蚀底漆,又因环氧树脂固化物呈三维网状结构,又能耐油类等的浸渍,大量应用于油槽、油轮、飞机的整体油箱内壁衬里等。(7) 环氧固化物的耐热性一般为 80~ 120 ℃。郎搏万公司耐高温环氧树脂的耐热品种可达 280 ℃或更高。?环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系,它可适用于多种成型工艺,可配制成不同配方,可调节粘度范围大;以便适应于不同的生产工艺。它的贮存寿命长,固化时不释出挥发物,固化收缩率低,固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性, 因此,目前环氧树脂统治着高性能复合材料的市场。?(一)环氧树脂复合材料在航空工业中应用?目前环氧树脂的连续使用温度最高约在 280 ℃以下, 郎搏万公司研发的高温树脂碳纤维制品玻璃化温度 Tg > 310 ℃,可用于制造飞机零件。?(二)环氧树脂复合材料在航天工业中的应用?宇航技术对结构材料高比模量、高比强度的要求,特别严格,使先进复合材料成为宇航技术必需的材料。作为结构材料的基作树脂基本上都采用环氧树脂。?(三)环氧复合材料在民用工业中的应用?凡是对机械强度要求高的增强塑料制品基本上采用环氧树脂作为基体。 56 环氧树脂也存在一些缺点,比如耐候性差,环氧树脂中一般含有芳香醚键,固化物经日光照射后易降解断链,所以通常的双酚 A型环氧树脂固化物在户外日晒,易失去光泽, 逐渐粉化,因此户外复合材料制品建议表面刷上抗紫外线的面漆。另外,环氧树脂低温固化性能差,一般需在 10℃以上固化,在 10℃以下则固化缓慢,因此需要加温加速固化。 7 二、环氧树脂发展简史环氧树脂的研究始于 20世纪 30年代。 1934 年德国 公司的的 P. Schlack 发现用***类化合物可使含有多个环氧基团的化合物聚合成高分子化合物,生成低收缩率的塑料,从而获得德国专利。稍后,瑞士 Trey 公司的 Pierre Castan 和美国 Devoe & Raynolds 公司的 S. O. Greelee 用双酚A和环氧***丙烷经缩聚反应制得环氧树脂,用有机多元***或邻苯二甲酸酐均可使树脂固化,并具有优良的粘接性。不久,瑞士的 Ciba 公司、美国的 Shell 公司以及 Dow Chemical 公司都开始了环氧树脂的工业化生产及应用开发研究。进入 20 世纪 50年代,在普通双酚 A环氧树脂生产应用的同时,一些新型的环氧树脂相继问世。 1960 年前后,相继出现了热塑性酚醛环氧树脂、卤代环氧树脂、聚烯烃环氧树脂。 8 中国研制环氧树脂始于 1956 年,在沈阳、上海两地首先获得了成功。 1958 年上海、无锡开始了工业化生产。 20世纪 60年代中期开始研究一些新型的脂环族环氧:酚醛环氧树脂、聚丁二烯