环氧树脂及环氧树脂胶粘剂的基本知识

环氧树脂及环氧树脂胶粘剂的基本知识
一、环氧树脂的概念
环氧树脂是指高分子链结构中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物的总称，属于热固性树脂，代表性树脂是双酚A型环氧树脂。

二、环氧树脂的特点（通常指双酚A型环氧树脂）
（一）优点
1、单独的环氧树脂应用价值很低，它需要与固化剂配合使用才有实用价值。

2、高粘接强度：在合成胶粘剂中环氧树脂胶的胶接强度居前列。

3、固化收缩率小：在胶粘剂中环氧树脂胶的收缩率最小，这也是环氧树脂胶固化胶接高的原因之一。

例如：酚醛树脂胶：8—10%；有机硅树脂胶：6—8%
聚酯树脂胶：4—8%；环氧树脂胶：1—3%
若经过改性加工后的环氧树脂胶收缩率可降为0.1—0.3%，热膨胀系数为 6.0×10-5/℃
4、耐化学性能好：在固化体系中的醚基、苯环和脂肪羟基不易受酸碱侵蚀。

在海水、石油、煤油、10%H2SO4、10%HCl、10%HAc、10%NH3、10%H3PO4和30%Na2CO3中可以用两年；而在50%H2SO4和10%HNO3常温浸泡半年；10%NaOH（100℃）浸泡一个月，性能保持不变。

5、电绝缘性优良：环氧树脂的击穿电压可大于35kv/mm
6、工艺性能良好、制品尺寸稳定、耐性良好和吸水率低。

（二）缺点
双酚A型环氧树脂的优点固然好，但也有其缺点：
①操作粘度大，这在施工方面显得有些不方便；
②固化物性脆，伸长率小；
③剥离强度低；
④耐机械冲击和热冲击差。

三、环氧树脂的应用与发展
1、环氧树脂的发展史：环氧树脂是1938年由P.Castam申请瑞士专利，由汽巴公司在1946年研制出最早的环氧粘接剂，1949年美国的S.O.Creentee研制了环氧涂料，我国于1958年开始环氧树脂的工业化生产。

2、环氧树脂的应用：
①涂料工业：
环氧树脂在涂料工业中需用量最大，目前较广泛使用的有水性涂料、粉末涂料和高固分涂料。

可广泛用于管道容器、汽车、船舶、航天、电子、玩具、工艺品等行业。

②电子电器工业：
环氧树脂胶可用于电气绝缘材料，例如整流器、变压器的密封灌注；电子元器件的密封保护；机电产品的绝缘处理与粘接；蓄电池的密封粘接；电容器、电阻、电感器的表面披覆。

③五金饰品，工艺品、体育用品品行业：
可用于标牌、饰品、商标、五金、球拍、钓具、运动用品、工艺品等产品上。

④光电行业：
可用于发光二极管（LED）、数码管、像素管、电子显示屏、LED灯饰等产品的封装、灌注和粘接。

⑤建筑工业：
在道路、桥梁、地坪、钢铁结构、建筑、墙体涂料、堤坝、工程施工、文物修补
等行业也会广泛用到。

⑥胶粘剂、密封剂和复合材料领域：
如风力发电机叶片、工艺品、陶瓷、玻璃等各种物质之间的粘接，碳纤维板材的复合、微电子材料的密封等等。

四、环氧树脂胶的特性
1、环氧树脂胶是在环氧树脂的基础上对其特性进行再加工或改性，使其性能参数等符合特定的要求，通常环氧树脂胶也需要有固化剂搭配才能使用，并且需要混合均匀后才能完全固化，一般环氧树脂胶称为A胶或主剂，固化剂称为B胶或固化剂（硬化剂）。

2、反映环氧树脂胶固化前的主要特性有：颜色、粘度、比重、配比、凝胶时间、可使用时间、固化时间、触变性（止流性）、硬度、表面张力等。

粘度(Viscosity)：是指胶体在流动中所产生的内部摩擦阻力，其数值由物质种类、温度、浓度等因素决定。

（1）凝胶时间：胶水的固化是从液体向固化转化的过程，从胶水开始反应起到胶体趋向固体时的临界状态的时间为凝胶时间，它由环氧树脂胶的混合量、温度等因素决定。

（2）触变性：该特性是指胶体受外力触动（摇晃、搅拌、振动、超声波等）时，随外力作用由稠变稀，当外界因素停止作用时，胶体又恢复到原来时的稠度的现象。

（3）硬度(Hardness)：是指材料对压印、刮痕等外力的抵抗能力。

根据试验方法不同有邵氏(Shore)硬度、布氏(Brinell)硬度、洛氏(Rockwell)硬度、莫氏(Mohs)硬度、巴氏(Barcol)硬度、维氏(Vichers)硬度等。

硬度的数值与硬度计类型有关，在常用的硬度计中，邵氏硬度计结构简单，适于生产检验，邵氏硬度计可分为A 型、C型、D型，A型用于测量软质胶体，C和D型用于测量半硬和硬质胶体。

（4）表面张力(Surface tension)：液体内部分子的吸引力使表面上的分子处于向内一种力作用下，这种力使液体尽量缩小其表面积而形成平行于表面的力，称为
表面张力。

或者说是液体表面相邻两部分间单位长度内的相互牵引力，它是分子力的一种表现。

表面张力的单位是N／m。

表面张力的大小与液体的性质、纯度和温度有关。

3、反映环氧树脂胶固化后特性的主要特性有：电阻、耐电压、吸水率、抗压强度、拉伸（引张）强度、剪切强度、剥离强度、冲击强度、热变形形温度、玻璃化转变温度、内应力、耐化学性、伸长率、收缩系数、导热系数、诱电率、耐候性、耐老化性等。

（1）电阻(Resistivity)：描述材料电阻特性通常用表面电阻或体积电阻。

表面电阻简单地说就是同一表面上两电极之间所测得的电阻值，单位是Ω。

将电极形状和电阻值结合在一起通过计算可得到单位面积的表面电阻率。

体积电阻也叫体积电阻率、体积电阻系数，指通过材料厚度的电阻值，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要指标。

表示1cm2电介质对泄漏电流的电阻，单位是Ω•m或Ω•cm。

电阻率愈大，绝缘性能愈好。

（2）耐电压(Proof voltage)：又称耐压强度(绝缘强度)，胶体两端所加的电压越高，材料内电荷受到的电场力就越大，越容易发生电离碰撞，造成胶体击穿。

使绝缘体击穿的最低电压叫做这个物体的击穿电压。

使1毫米厚的绝缘材料击穿时，需要加上的电压千伏数叫做绝缘材料的绝缘耐压强度，简称耐电压，单位是：Kv/mm。

绝缘材料的绝缘性能与温度有密切的关系。

温度越高，绝缘材料的绝缘性能越差。

为保证绝缘强度，每种绝缘材料都有一个适当的最高允许工作温度，在此温度以下，可以长期安全地使用，超过这个温度就会迅速老化。

（3）吸水率(Water absorption)：是指物质吸水程度的量度。

系指在一定的温度下把物质在水中浸泡一定时间所增加的质量百分数。

（4）拉伸强度(Tensile strength)：拉伸强度是胶体拉伸至断裂时的最大拉伸应力。

又称扯断力、扯断强度、抗张力、抗张强度。

单位为MPa。

（5）剪切强度(Shear strength)：也称抗剪强度，是指单位粘接面积上能够承受平行于粘接面积的最大载荷，常用的单位为MPa。

（6）剥离强度(Peel strength)：也称抗剥强度，是指每单位宽度所能承受的最大
破坏载荷，是衡量线受力能力的，单位为kN／m。

（7）伸长率(Elongation)：是指胶体在拉力作用下长度的增加，以原长的百分数表示。

（8）热变形温度(Heat deflection temperature under load)：是指固化物耐热性的一种量度，是将固化物试样浸在一种等速升温的适宜传热介质中，在简支梁式的静弯曲负荷作用下，测出试样弯曲变形达到规定值时的温度，即为热变形温度，简称HDT。

（9）玻璃化温度(Glass transition temperature)：是指固化物从玻璃形态向无定形或高弹态或流态转变(或相反的转变)的较窄温度范围的近似中点，称为玻璃化温度，通常以Tg表示，是耐热性的一个指标。

（10）收缩率(Shrinkage ration)：定义为收缩量与收缩前尺寸之比的百分数，收缩量则为收缩前后尺寸之差。

（11）内应力(Internal stress)：是指在没有外力存在下，胶体(材料)内部由于存在缺陷、温度变化、溶剂作用等原因所产生的应力。

（12）耐化学性(Chemical resistance)：是指耐酸、碱、盐、溶剂和其他化学物质的能力。

（13）阻燃性(Flame resistance)：是指材料接触火焰时，抵制燃烧或离开火焰时阻碍继续燃烧的能力。

（14）耐候性(Weatherability)：是指材料曝露在日光、冷热、风雨等气候条件下的耐受性。

（15）老化(Aging)：固化后胶体在加工、贮存和使用过程中，由于受到外界因素(热、光、氧、水、射线、机械力和化学介质等)的作用，发生一系列物理或化学变化，使高分子材料交联变脆、裂解发粘、变色龟裂、粗糙起泡、表面粉化、分层剥落、性能逐渐变坏，以至丧失力学性能不能使用，这种变化的现象叫老化。

（16）介电常数(Dielectric Constant)：又称电容率、诱电率(Permittivity)。

是指每“单位体积”的物体，在每一单位之“电位梯度”下所能储蓄“静电能量”
(Electrostatic Energy)的多少。

当胶体的“透电率”越大(表示品质越不好)，而两逼近之导线中有电流工作时，就愈难到达彻底绝缘的效果，换言之就越容易产生某种程度的漏电。

故绝缘材料的介质常数在通常情况下要愈小愈好。

水的介电常数是70，很少的水分，会引起显著的变化。

4、环氧树脂胶大部分是热固型的胶，它有以下主要特点：温度越高固化越快；一次混合的量越多固化越快；固化过程中有放热现象等。

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