复合材料聚合物基体第二章 环氧树脂

可以适用各种应用对形式 提出的要求，其范围可从 选用不同的固化剂，可以在 极低的粘度到高熔点固体 0～180℃范围内固化。 含有极性羟基和醚键，对各种物 质具有很高的粘附力。固化时收 缩性低可形成一种强韧的、内应 使之具有良好的尺寸稳定性 固化后具有优良的力学性能 力较小的粘合键。 具有高介电性能、耐表面漏电、 耐电弧的优良绝缘材料
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2.1引言>>2.1.1环氧树脂具有的性能、特点
（3）稳定性好 环氧树脂只要不含有酸、碱、盐等杂质，是不易 变质的。 固化后的环氧树脂主链是醚键和苯环、三向交联 结构致密，因此它既耐酸、又耐碱及多种介质。 性能优于酚醛树脂和聚酯树脂。 （4）优良的电绝缘性 固化后的环氧树脂吸水率低。 （5）机械强度高 固化后的环氧树脂具有很强的内聚力，而分子结 构致密，所以它的机械强度相对地高于酚醛树脂 和聚酯树脂。
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
3） 环氧树脂在各行业的分配 风电、涂料行业和电子行业 复合材料成型用环氧（主要应用于电子行业的印刷 电路板）占四分之一。
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
(1) 汽车工业：是我国四大支柱产业之一，且汽车需 求量越来越大，电泳漆、另外维修用漆亦需环氧。 (2)船舶、海洋工业：我国是海洋大国，造船大国， 21世纪是海洋的世纪。船舶、码头设施、海上建 筑、钻井平台、输油管道、海水养殖设施等等， 需要大量的环氧涂料（防腐、防海洋生物污染）。
绪论（Introduction）
复合材料聚合 物基体
复合材料与工程教研室
一、不饱和聚酯树脂
Unsaturated polyester resin
二、环氧树脂（Epoxy resin） 三、酚醛树脂（Phenolic resin） 四、其他类型的热固性树脂
Other types of thermosetting resins
取决于所选用的树脂和固化剂，固化 后具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶 可以在苛刻的热带条件下使用。 剂性。
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2.1引言>>2.1.1环氧树脂具有的性能、特点
（1）粘结强度高，粘结面广
环氧树脂的结构: 羟基，醚键和活性极大的环氧基 它们使环氧树脂的分子和相邻界面产生电磁吸附或化学键， 尤其是环氧基又能在固化剂作用下发生交联聚合反应生成 三向网状结构的大分子，分子本身有了一定的内聚力。 因此环氧树脂型胶粘剂粘结性特别强。除了聚四氟乙烯、聚 丙烯、聚乙烯不能用其直接粘结外，对于绝大多数的金属 和非金属都具有良好的粘结性，因此它有万能胶的美称。 它与许多非金属材料（玻璃、陶瓷、木材）的粘结强度往 往超过材料本身的强度，因此可用于许多受力结构件中， 是结构型胶粘剂主要组成之一。
环氧树脂在风电叶片中的应用 基于风电业飞速发展的需求，风电机叶片、机舱罩 和叶片模具中的应用
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2.1引言>>2.1.3 分类
环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的还氧 基团，可与多种类型的固化剂发生交联反应而形 成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。根 据分子结构，环氧树脂大体可分为五大类：
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1） 与胺类反应： 环氧氯丙烷可直接与胺类进行加成反应：
O H2C CH2CH2Cl + RNH2 RNHCH2CH CH2Cl OH
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2） 与羟基反应
环氧氯丙烷可直接与酚类化合物进行加成反应
O H2C CH2CH2Cl + OH H O C C CH2Cl H2 OH
与醇类化合物进行加成反应时，必须有催化剂 才能进行。 催化剂：BF3·(C2H5)O, H2SO4, SnCl4
E - 51
环氧树脂以一个或两 个拼音与阿拉伯数字 作为型号以表示类别 及品种。此例中二酚 基丙烷为主要组成物 质
环氧树脂
该树脂环氧指标为0.48～ 0.54mol/100g，则其算术 平均值为0.51，Biblioteka 环氧值——100g树脂中包
含的环氧基的摩尔数
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2.2 缩水甘油醚类环氧树脂
由活泼氢的酚类和醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。 二酚基丙烷型环氧树脂 由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成 酚醛多环氧树脂 由二阶线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成 此外，还有用乙二醇、丙三醇等醇类与环氧氯 丙烷缩聚而得的缩水甘油醚类环氧树脂。
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2.1引言>>2.1.3 分类
1.缩水甘油醚类
R O CH2CH CH2 O
2.缩水甘油酯类
R CO O CH2CH
R' R
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CH2 O
3.缩水甘油胺类
N CH2CH
CH2 O
2.1引言>>2.1.3 分类
4.线型脂肪族类
H R C O
H C C H
H C
H R' C O
H C
R''
5.脂环族类
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
国内外环氧需求品种 工业上使用量最大的环氧树脂品种是缩水甘油醚类环氧 树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环 氧树脂）为主。其次是缩水甘油胺类环氧树脂。 1） 世界环氧树脂的品种牌号 目前，世界上使用最广泛的品种是双酚A型环氧，其次是 溴化双酚A型和酚醛型环氧，其它品种生产使用量较小。 2） 国内环氧消费品种牌号 主要为双酚A型 由于国产环氧品质较差，许多要求高的场合须进口国外高品 质环氧，如高品质液体环氧、溴化环氧、酚醛环氧等。
2.2.1 二酚基丙烷型环氧树脂
原料 二酚基丙烷 简称双酚A，熔点153～159℃，易溶于丙酮 及甲醇，可溶于乙醚，微溶于水及苯。 环氧氯丙烷 无色透明液体，沸点116.2℃，可溶于乙醚， 酒精、四氯化碳及苯中，微溶于水
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环氧氯丙烷的反应特性 环氧氯丙烷中活泼的环氧基团可以和许多试剂进行 反应： 1）与胺类反应 2）与羟基反应 3）水解反应 4）与羧酸反应 5）聚合反应
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
(3)电力工业：我国电力工业规模宏大，且正处于 迅速发展阶段，所用环氧正以每年约60%的增幅 扩大。 此领域从发电、输变电到用电都需要环氧，如绝缘 材料、干式变压器、开关、互感器、水利、水电 工程。风电 仅三峡工程就需环氧近2万t。
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
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2.1引言>>2.1.2国内外环氧树脂生产情况
国内外环氧树脂生产情况 1) 世界环氧树脂生产的地区分布 环氧树脂的生产主要集中在中、日、欧、三个地区，其 他还有韩国、美国、台湾地区、泰国、南非和委内瑞拉等。 中国大陆的生产能力约占世界总生产能力的60%。 2) 世界环氧树脂生产的垄断格局 世界环氧树脂生产，主要由Shell、Dow、Ciba三大巨头 所垄断，另外日本的东都化成、大日本油墨、日本环氧树 脂制造公司，韩国的国都化学（与日本东都化成合资）等 几家以其先进的生产工艺在世界环氧行业中亦占令人瞩目 的一席之地。
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
国内环氧生产厂商情况 中国环氧树脂生产厂家有一百多家，但除了岳 阳和无锡等少数几家外，大都规模很小。 由于目前国内环氧树脂厂大多规模小，牌号品种单 一，设备落后，树脂质量较低； 在目前Shell、Dow、Ciba以及日本几家公司正加紧 对中国环氧消费市场渗透抢占的情况下，国内厂 家面临着极为严峻的挑战。 3)
(4)电子工业：为我国四大支柱产业之一，发展迅 猛。 (5)集装箱工业：我国集装箱工业发展迅猛，已成 为世界主要集装箱生产基地（占世界总量的 10%～15%）。 集装箱用涂料，主要是环氧树脂。
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
环氧树脂砂浆地坪
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2.1引言>>2.1.2环氧树脂生产情况及应用
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2.1 引言
环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧 基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、 中间、或成环结构。由于分子结构中含有活泼的 环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交 联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的 高聚物。
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2.1 引言
1891年 德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷反 应生成了树脂状产物 1909年 俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚 和烯烃反应可生成环氧化合物 1934年 Schlack用胺类化合物使含有大于一个环氧基 团的化合物聚合制得了高分子聚合物 1938年 瑞士的Pierre castan及美国的Greenlee所发表 的多项专利都揭示了双酚A和环氧氯丙烷经缩聚发 应能制得环氧树脂；用多元有机胺类或邻苯二甲 酸酐均可使树脂固化，并具有优良的粘结性。
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2.1引言>>2.1.1环氧树脂具有的性能、特点
（2）收缩率低
环氧树脂的固化主要是依靠环氧基的开环加成聚合， 因此固化过程中不产生低分子物 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，它们的氢键缔合作用使分子排列紧密， 因此环氧树脂的固化收缩率是热固性树脂中最低的品种之 一，一般为1％～2％。如果选用适当的填料可使收缩率降 至0.2％左右。 环氧树脂固化收缩率低这一特性使加工制品尺寸稳定。 内应力小，不易开裂。因此环氧树脂在浇铸成型加工中获 得广泛的应用。
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2.1 引言
1947年 美国的DeVoe－Raynolds公司进行了第一次 具有工业生产价值的环氧树脂的制造。 不久，瑞士的CIBA公司，美国的Shell公司等都开 始了环氧树脂的工业化 20世纪50年代初期，环氧树脂在电气绝缘浇铸、防 腐蚀涂料、金属的粘结等应用领域有了突破，于 是环氧树脂作为一个行业蓬勃地发展起来了
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