谈环氧树脂的性能及在复合材料中的应用

读书报告

谈环氧树脂的性能及在复合材料中的应用

班级：非织造

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环氧树脂

摘要：着重介绍了环氧树脂的理化性质及在复合材料中的应用。环氧树脂具有粘接强度高、稳定性好、收缩率小、机械强度高以及优良的的电绝缘性和良好的加工性，因此在国民经济的各个领域中被广泛的应用，例如多种金属与非金属材料的粘结、耐腐蚀涂料、电气绝缘材料、玻璃钢/复合材料等。并简要介绍了目前国外环氧树脂复合材料的应用。

关键词：环氧树脂、理化性质、复合材料、应用

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。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、中间或成环状结构。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.

1、理化性质

1.1化学性质

反应性：环氧树脂中环氧基和羟基是活泼的反映基团。环氧基可与伯胺、仲胺、叔胺、酚类、羧基、无机酸反应。羟基可与酸酐、羧酸、热固性酚醛树脂、氨基树脂、异氰酸酯和硅醇等反应。

溶解性：环氧树脂的溶解性随分子量增加而降低，可溶于酮类、酯类、醇醚类氯化烃类溶剂。高分子量的环氧树脂一般难溶于芳烃类、醇类溶剂。

双酚A型环氧树脂分子式(C11H12O3)n

1.2物理性质

环氧树脂按分子量和化学结构可从液体到固体。固化前为黄色至青铜色热塑性物质。

(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)粘接性能优异。环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性集团赋予环氧固化物以极高的粘接强度。再加上它有很高的内聚强度等力学性能，因此它的粘接性能特别强，可用作结构胶。

(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/oC。所以其产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂。

(4)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。配方设计的灵活性很大，可设计出适合各种工艺性要求的配方。

(5)电性能好。是热固性树脂中介电性能最好的品种之一。

(6)稳定性好。不合碱、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。

(7)环氧固化物的耐热性一般为80～100oC。环氧树脂的耐热品种可达200oC 或更高。

(8)在热卧性树脂中，环氧树脂及其固化物的综合性能最好。[1]

2、在复合材料中的应用

2.1应用特性

(1)形式多样各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

(2) 固化方便选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。

(3)粘附力强环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。

(4)收缩性低环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂

分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。

(5)力学性能固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

(6)电性能固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。[2]

(7)化学稳定性通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。

(8)尺寸稳定性上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

(9) 耐霉菌固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。[1]

2.2在复合材料中的应用

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。[3]

(一)环氧树脂复合材料在航空工业中应用

40年代初，电子工业的需要，寻找一种适宜的材料，做防护军用飞行器的雷达天线，特别是防护战斗机及轰炸机上的雷达天线。采用雷达罩是用来防护气候对精密电子仪器的影响。玻璃钢具有优良的透雷达波性能，足够的机械强度和简便的成型工艺，使它成为理想的雷达罩材料。这是历史上第一次采用玻璃钢制造雷达罩，同时又大大地促进了玻璃钢材料的研究。

60年代玻璃钢技术在直升机领域的应用有所突破，如西德M．B．B．公司研制玻璃钢旋翼桨叶，逐步取代金属铝蒙皮/铝蜂窝夹层结构的金属桨叶。但由于玻璃钢的模量低，不能制造高强度的飞机结构件。

70年代初，随着硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等相继出现，这些高级增强纤维的比刚度、比强度、耐疲劳性能等优于金属材料，由它们来增强环氧树脂组成的复合材料，已在飞机的主结构件(主受力件)上得到应用。

近10多年来，考虑到这些高级增强纤维的价格都比较高，为了更合理的用材，大力开发混杂复合材料(Hybrid Composites)的研究。

以复合材料在飞机发动机中的应用为代表。美国两家喷气发动机制造厂：通用电器—飞机发动机事业集团公司(GE—AEBG)和普惠公司，以及其它一些二次承