环氧树脂的生产及应用现状

环氧树脂的生产及应用现状

摘要：环氧树脂是一种性能优良的热固性树脂，与多元胺、有机酸酐或其它固化剂反应可变成坚韧的体型高分子化合物，具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、粘接性能、耐热性能和化学稳定性，其收缩率和吸水率低，机械强度高。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料等环氧系统材料。在绝缘材料领域，被广泛应用于绝缘漆、绝缘导热材料、干式变压器、电流互感器、SF

高压开关和GIS组合电

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器中的绝缘部件。本文综述了环氧树脂的生产方法、应用现状及未来的发展趋势。

关键词：环氧树脂；生产方法；应用现状；绝缘材料

1.绪论

由两个碳原子和一个氧原子形成的环称为环氧环，含这种三元环的化合物统称为环氧化合物(epoxide)。环氧树脂(epoxy resin)是一个分子中含有两个或两个以上的环氧环，并在适当的化学试剂存在下能形成三维交联网络状固化物的化合物总称。

环氧树脂按化学结构和环氧基结合方式的不同可分为缩水甘油酯类、缩水甘油醚类、缩水甘油胺类、脂肪族环氧化合物、脂环族环氧化合物、环氧化烯烃类等；按状态可分为液态环氧树脂和固体环氧树脂等。

环氧树脂不仅粘接性良好，固化过程收缩率低，耐热性、耐药品腐蚀性优良，机械强度高，而且其灵活多样的环氧材料配方设计也能使环氧树脂适应各种专门要求。已被广泛应用于电子、电气、机械、化工防腐、航空航天、船舶运输及其他工业领域中金属与非金属粘接、耐腐烛涂料、电气绝缘材料等的制造，尤其在电气设备制造中，环氧树脂被广泛用于浇注高压电工产品，如干式变压器、干式电抗器和电缆附件等。

2.生产方法

2.1.液态双酚A型环氧树脂的合成

液态双酚A型环氧树脂的合成方法归纳起来大致有两种：一步法和两步法。一步法又分一次加碱和两次加碱法；两步法又分间歇法和连续法。

2.1.1.一步法

所谓一步法，是指在碱性物质的作用下，双酚化合物和环氧氯丙烷一步反应，同时进行环氧氯丙烷的开环醚化过程和氯醇的脱除氯化氢的环化过程，即碱的作用为同时催化醚化和环化这两个过程。一步法操作简单，影响因素较少，成本较低。但是整个过程产生的三废多，副反应多，产品质量不稳定，环氧值较低。目前国内产量最大的E-44型双酚A型环氧树脂就是采用一步法工艺合成的。

2.1.2.两步法

所谓两步法，是指将双酚化合物和环氧氯丙烷在酸性催化剂(通常为Lewis酸)的作用下先进行醚化反应，生成氯醇，然后再向体系中加入碱性溶液，使其发生闭环反应，即醚化和闭环反应分两步进行。两步法产生的三废少，副反应少，产品质量稳定，环氧值较高；但是由于其工序较长，影响因素较多，成本较高。目前E-51型双酚A型环氧树脂就是采用两步法制备而成的。

2.2.固态双酚A型环氧树脂的合成方法

固态双酚A型环氧树脂的合成方法大致采用两种：一步法和两步法。

2.2.1.一步法

一步法（Taffy法）工艺是双酚A和环氧氯丙烷在NaOH作用下进行缩聚反应，用于制造中等分子量的固态环氧树脂。该工艺合成时，反应是在水中呈乳状液进行的，在制备高分子量树脂时后处理较困难。制得的树脂分子量分布较宽，有机氯含量高，不易得到环氧值高、

软化点也高的产品，不符合粉末涂料的要求。

2.2.2.两步法

两步法（advancement法）工艺是将低分子量液态环氧树脂和双酚A加热溶解后，在高温或者催化剂作用下进行加成反应，不断扩链，最后形成高分子量的固态环氧树脂。该法合成时，反应呈均相进行，链增长反应较平稳，因而制得的树脂分子量分布较窄，有机氯含量较低，环氧值和软化点可通过配比和反应温度来控制和调节，具有工艺简单、操作方便、无三废、产品质量易控制等优点。

2.3.脂环族环氧树脂的合成

目前工业化的脂环族环氧树脂大多为二官能团环氧化合物，环氧官能团在五元环、六元环或螺环结构上，由酯键或醚键连接而成，其合成一般通过两个步骤：首先合成二元环烯烃化合物中间体，再将二元环烯烃化合物中间体在有机过氧酸作用下，将双键氧化为环氧基团。以3，4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯（商品名ERL-4221）为例，它从工业易得的原料丁二烯和丙烯醛出发，经Diels-Alder反应得到3-环己烯甲醛，然后在烷基铝催化下由Tischenko反应制得脂环族双烯化合物3-环己烯甲酸-3’-环己烯甲酯，再经环氧化制得。此外，采用脂环烯烃醇化物与二卤代脂肪烃经醚化和环氧化反应也得到了一系列醚键连接的二元脂环族环氧化合物。

3.应用现状

20世纪50年代开始，有机高分子材料由于具有良好的电气绝缘性能，可塑性好，方便加工等特点，逐步取代了天然绝缘介质，成为电工材料的重要分支。环氧树脂的固化物具有良好的电气绝缘性，耐湿性和耐化学性等，又因为它有着良好的加工性，固化时不产生挥发物，成型时收缩率小，另外，环氧固化物的耐热性一般为80-100℃，耐热品种的环氧树脂可达200℃或更高。因此，环氧树脂已广泛应用于电机、电器、电子组合以及500千伏高压输电变压器等绝缘部件，尤其是在20kV以下电流互感器、10kV以下电压互感器、干式变压器、户内户外绝缘子、六氟化硫开关灭弧室绝缘子和电缆接线盒等电工产品中得到了广泛应用。

3.1.环氧树脂绝缘漆

绝缘漆是由漆基、溶剂和辅助材料三部分组成，它不仅能防止机械损伤，防腐蚀，增加美观，还能绝缘，耐热，耐腐蚀。常见的漆基主要是由干性油或半干性油、天然树脂等组成，现如今常见的漆基有以下几种：酚醛、氨基、醇酸、环氧、聚酯、聚酰胺、有机硅等等。漆基的组成很大程度上决定了绝缘漆的性能和用途。环氧树脂粘接性良好，耐湿，电性能优良，因此其可以用来制作B，F，H级绝缘漆。

3.2.绝缘导热涂料

在电子电器行业，使用的导热涂层必须具备良好的绝缘性、耐高温性才能满足绝缘场合下的各种要求。同时考虑到树脂的黏度、工艺特征、韧性及价格等，可供选择的树脂并不多。目前应用最广泛的是环氧改性有机硅树脂，它是由环氧树脂和活性基团的有机硅低聚物交联而成，兼具了环氧树脂低黏度、高强度和有机硅树脂的耐高温性以及优良的电绝缘性能。3.3.环氧树脂绝缘件

近些年，以环氧树脂为电介质的绝缘件在电力行业得到了普遍应用，比如在三相交流高压开关设备上用环氧树脂制造的套管、支撑绝缘子、触头盒、绝缘筒和极柱等。可通过环氧树脂浇注体系如自动环氧压力凝胶制造工艺（APG工艺），真空浇注制成各种固体材料。所制成的环氧树脂绝缘件由于机械强度高，耐电弧性强，致密性高，表面光洁，具有较好的耐寒性和具有良好的耐热性，良好的电气绝缘性能等优点，在电力行业应用很广，主要起到支撑和绝缘作用。

3.4.环氧树脂模塑料

在机电工业中，环氧树脂模塑料的应用逐渐增加。除用来制造成型制品如连接器、线轴、