环氧树脂固化剂工艺研究论文

环氧树脂有多种类别，以双酚A型为例：双酚A型环氧树脂的固化原理在环氧树脂的结构中有羟基（〉CH—OH）、醚基（—O—）和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面（特别是金属表面）的游离键起反应，形成化学键。因而，环氧树脂具有很高的黏合力，用途很广，商业上被称作“万能胶“。此外，环氧树脂还可做涂料、浇铸、浸渍及模具等用途。但是，环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线型结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子 ，成为不溶且不熔的热固性成品。环氧树脂在固化前相对分子质量都不高，只有通过固化才能形成体形高分子。环氧树脂的固化要借助固化剂，固化剂的种类很多，主要有多元胺和多元酸，他们的分子中都含有活波氢原子，其中用得最多的是液态多元胺类，如二亚乙基三胺和三乙胺等。环氧树脂在室温下固化时，还常常需要加些促进剂（如多元硫醇），已达到快速固化的效果。 固化剂的选择与环氧树脂的固化温度有关，在通常温度下固化一般用多元胺和多元硫胺等，而在较高温度下固化一般选用酸酐和多元酸为固化剂。不同的固化剂，其交联反应也不同。合成原理双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性催化剂(通常用NaOH)作用下缩聚而成。 合成方法 (1)液态双酚A型环氧树脂的合成方法归纳起来大致有两种：一步法和二步法。一步法又可分为一次加碱法和二次加碱法。二步法又可分为间歇法和连续法。 (2)固态双酚A型环氧树脂的合成方法大体上也可分为两种：一步法和二步法。一步法又可分为水洗法、溶剂萃取法和溶剂法。二步法又可分为本体聚合法和催化聚合法。

环氧树脂硬化反应的原理，目前尚不完善，根据所用硬化剂的不同，一般认为它通过四种途径的反应而成为热固性产物。 （1）环氧基之间开环连接； （2）环氧基与带有活性氢官能团的硬化剂反应而交联； （3）环氧基与硬化剂中芳香的或脂肪的羟基的反应而交联； （4）环氧基或羟基与硬化剂所带基团发生反应而交联。 不同种类的硬化剂，在硬化过程中其作用也不同。有的硬化剂在硬化过程中，不参加到本分子中去，仅起催化作用，如无机物。具有单反应基团的胺、醇、酚等，这种硬化剂，叫催化剂。多数硬化剂，在硬化过程中参与大分子之间的反应，构成硬化树脂的一部分，如含多反应基团的多元胺、多元醇、多元酸酐等化合物。1、胺类硬化剂胺类硬化剂—般使用比较普遍，其硬化速度快，而且黏度也低，使用方便，但产品耐热性不高，介电性能差，并且硬化剂本身的毒性较大，易升华。胺类硬化剂包括；脂肪族胺类、芳香族胺类和胺的衍生物等。胺本身可以看作是氮的烷基取代物，氨分子（NH3）中三个氢可逐步地被烷基取代，生成三种不同的胺。即：伯胺（RNH2）、仲胺（R2NH)）和叔胺（R3N）。 由于胺的种类不同，其硬化作用也不同： （1）伯胺和仲胺的作用 含有活泼氢原子的伯胺及仲胺与环氧树脂中的环氧基作用。使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状或体型聚合物。（2）叔胺的作用与伯胺、仲胺不同，它只进行催化开环，环氧树脂的环氧基被叔胺开环变成阴离子，这个阴离子又能打开一个新的环氧基环，继续反应下去，最后生成网状或体型结构的大分子。2、酸酐类硬化剂 酸酐是由羧酸（分子结构中含有羧基—COOH）与脱水剂一起加热时，两个羧基除去一个水分子而生成的化合物。 酸酐类硬化剂硬化反应速度较缓慢，硬化过程中放热少，使用寿命长，毒性较小，硬化后树脂的性能（如力学强度、耐磨性、耐热性及电性能等）均较好。但由于硬化后含有酯键，容易受碱的侵蚀并且有吸水性，另外除少数在室温下是液体外。绝大多数是易升华的固体，而且一般要加热固化。 酸酐和环氧树脂的硬化机理，至今尚未完全阐明，比较公认的说法如下：酸酐先与环氧树脂中的羟基起反应而生成单酯，第二步由单酯中的羟基和环氧树脂的环氧基起开环反应而生成双酯，第三步再由其中的羟基对环氧基起开环作用，生成醚基，所以可得到既含醚键，又含有酯基的不溶不熔的体型结构。 除了上述反应之外，第一步生成的单酸中的羧基也可能与环氧树脂分子上的羟基起酯化反应，生成双酯。但这不是主要的反应。3、树脂类硬化剂含有硬化基团的一NH一，一CH2OH，一SH，一COOH，一OH等的线型合成树脂低聚物，也可作为环氧树脂的硬化剂。如低分子聚酰胺．酚醛树脂，苯胺甲醛树脂，三聚氰胺甲醛树脂，糠醛树脂，硫树脂，聚酯等。它们分别能对环氧树脂硬化物的耐热性，耐化学性，抗冲击性，介电性，耐水性起到改善作用。常用的是低分子聚酰胺和酚醛树脂。 （1）低分子聚酰胺不同于尼龙型的聚酰胺。它是亚油酸二聚体或是桐油酸二聚体与脂肪族多元胺，如乙二胺、二乙烯三胺反应生成的一种琥珀色粘稠状树脂。由于原材料的性质，反应组分的配比和反应条件不同，低分子聚酰胺的性质差别很大。它们的分子量在500~9000之间，有熔点很高，胺值很低的固态树脂，也有胺值为300的液态树脂。其中胺值是低分子聚酰胺活性的描述，胺值高的活性大，与环氧树脂反应速度快，但可使用期短，胺值低的活性小，与环氧树脂反应速度慢，但可使用期长，表1列举了几种低分子聚酰胺的牌号及性能。表1 低分子聚酰胺牌号及性能举例牌 号200300400650651原 料亚油酸二聚体与三乙烯四胺亚油酸二聚体与三乙烯四胺桐油酸二聚体与二乙烯三胺——色 泽棕红色黏流体棕红色黏流体棕 色黏流体棕 色黏流体浅黄色液 体密度g／cm30.96~0.980.96~0.980.970~0.9900.7~0.99胺 值215±15305±15200±20200±20300黏度（40℃）mPa·s20000~80000600~200015000~50000——低分子聚酰胺分子中有各种极性基团，如仲胺基。伯胺基以及酰胺基，硬化后的环氧树脂对各种金属、木材、玻璃和塑料有良好的粘附力。聚酰胺分子中有较长的脂肪碳链，起到内部增塑作用，因此硬化后的环氧树脂有一定的韧性。低分子聚酰胺与环氧树脂的配合比例一般从40／60到60／40。在此范围内，可获得较好的胶接强度，热稳定性和耐化学试剂作用。一般聚酰胺用量多，体系柔性及抗冲击性能好；环氧树脂比例高，高温下粘结强度比较高，耐化学试剂作用好。 低分子聚酰胺作硬化剂特点是：无毒或低毒，挥发性小，易与环氧树脂混合，反应缓慢，一般多用作常温固化剂。 （2）酚醛树脂 酚醛树脂与环氧树脂的相互作用比较复杂， 热固性酚醛树脂中的羟甲基与环氧树脂中的羟基及环氧基起反应及酚醛树脂中的酚羟基与环氧基起开环醚化反应所以酚醛树脂能把环氧树脂从线型变成体型，环氧树脂也能把酚醛树脂从线型变成体型，彼此相辅相成，最后形成相互交联的不溶不熔的体型大分子。4、咪唑类固化剂 咪唑类化合物是一种新型固化剂，可在较低温度下固化而得到耐热性优良的固化物，并且具有优异的力学性能。 咪唑类化合物的反应活性根据其结构不同而有所不同。一般碱性愈强，固化温度愈低，在结构上受l位取代基影响较大。 咪唑(1midaxole)是具有两个氮原子的五元环，一个氮原子构成仲胺，一个氮原子构成叔胺。所以咪唑类固化剂既有叔胺的催化作用，又有仲胺的作用。如2-乙基-4-甲基咪唑。

1、合成原理：

双酚A型环氧树脂是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性催化剂(通常用NaOH)作用下缩聚而成。

2、固化原理：

在环氧树脂的结构中有羟基（〉CH—OH）、醚基（—O—）和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面（特别是金属表面）的游离键起反应，形成化学键。

因而，环氧树脂具有很高的黏合力，用途很广，商业上被称作“万能胶“。此外，环氧树脂还可做涂料、浇铸、浸渍及模具等用途。

但是，环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线型结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子 ，成为不溶且不熔的热固性成品。环氧树脂在固化前相对分子质量都不高，只有通过固化才能形成体形高分子。

环氧树脂的固化要借助固化剂，固化剂的种类很多，主要有多元胺和多元酸，他们的分子中都含有活波氢原子，其中用得最多的是液态多元胺类，如二亚乙基三胺和三乙胺等。环氧树脂在室温下固化时，还常常需要加些促进剂（如多元硫醇），已达到快速固化的效果。

固化剂的选择与环氧树脂的固化温度有关，在通常温度下固化一般用多元胺和多元硫胺等，而在较高温度下固化一般选用酸酐和多元酸为固化剂。不同的固化剂，其交联反应也不同。

扩展资料：

一、固化种类

常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。

二、固化阶段

1、操作时间

操作时间（也是工作时间或使用期）是固化时间的一部份，混合之后，树脂/固化剂混合物仍然是液体和可以工作及适合应用。为了保证可靠的粘接，全部施工和定位工作应该在固化操作时间内做好。

2、进入固化

混合物开始进入固化相（也称作熟化阶段），这时它开始凝胶或“突变”。这时的环氧没有长时间的工作，可能也将失去粘性。在这个阶段不能对其进行任何干扰。它将变成硬橡胶似的软凝胶物，你用大拇指将能压得动它。

因为这时混合物只是局部固化，新使用的环氧树脂仍然能与它化学链接，因此该未处理的表面仍然可以进行粘接或反应。无论如何，接近固化的混合物这些能力在减小

3、最终固化

环氧混合物达到固化变成固体阶段，这时能砂磨及整型。这时你用大拇指已压不动它，在这时环氧树脂约有90%的最终反应强度，因此可以除去固定夹件，将它放在室温下维持若干天使它继续固化。

参考资料来源：百度百科-环氧树脂

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环氧树脂是一类具有良好的粘接性、电绝缘性、化学稳定性的热固性高分子材料,作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体,广泛应用于建筑、机械、电子电气、航空航天等领域。环氧树脂使用时必须加入固化剂,并在一定条件下进行固化反应,生成立体网状结构的产物,才会显现出各种优良的性能,成为具有真正使用价值的环氧材料。因此固化剂在环氧树脂的应用中具有不可缺少的,甚至在某种程度上起着决定性的作用。环氧树脂潜伏性固化剂是近年来国内外环氧树脂固化剂研究的热点。所谓潜伏性固化剂,是指加入到环氧树脂中与其组成的单组分体系在室温下具有一定的贮存稳定性,而在加热、光照、湿气、加压等条件下能迅速进行固化反应的固化剂,与目前普遍采用的双组分环氧树脂体系相比,由潜伏性固化剂与环氧树脂混合配制而成的单组分环氧树脂体系具有简化生产操作工艺,防止环境污染,提高产品质量,适应现代大规模工业化生产等优点。

反应机理：酸催化反应机理催化剂：质子给予体，促进顺序：酸>酚>水>醇