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环氧树脂的固化机理及其常见的固化剂种类和特点

来源:互联网2021年04月20日

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环氧树脂与环氧树脂固化剂能发生化学反应,形成网状立体聚合物结构,能把复合材料骨材包络在网状体之中。环氧树脂固化剂有多种类型。本文简述环氧树脂的固化机理,及常见的环氧固化剂种类和特点。普通环氧树脂固化后耐黄变性较差,抗黄变剂BETTERSOL 1571通常可以有效改善环氧树脂的耐黄变性能,因而得到较为广泛的应用。

 

一、如下图是环氧树脂的固化反应机理。

酸催化反应机理:质子给予体,促进顺序:酸>酚>水>醇

 

 二、固化剂分类。

1、反应型固化剂。可与EP分子进行加成,通过逐步聚合反应交联成体型网状结构。一般含有活泼氢,反应中伴随氢原子转移,如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇和多元酚。

       

2、催化型固化剂。环氧基按阳离子或阴离子聚合机理进行固化,如叔胺、咪唑、三氟化硼络合物。

      

 三、常见固化剂。

1、脂肪胺固化剂。活性高,可室温固化;反应剧烈放热,适用期短;一般需后固化,固化物热形变温度低,一般为80-90℃;固化物脆性大,挥发性及毒性大。

    

2、芳香族多元胺。固化物耐热性好,耐化学性机械强度均优于脂肪族多元胺;活性低,大多加热固化;氮原子因苯环导致电子云密度降低,碱性减弱,以及苯环位阻效应;多为固体,熔点高,工艺性差;液化,低共熔点混合,多元胺与单缩水甘油醚加成。

      

3、改性多元胺。

       

4、多元硫醇。类似于羟基,聚硫醇化合物(液体聚硫橡胶)就是典型多元硫醇,单独使用活性很低,室温反应及其缓慢几乎不能进行,适当催化剂作用下固化反应以数倍多元胺速度进行,在低温固化更为明显。

       

5、酸酐类固化剂。反应速率很慢,不能生成高交联产物,一般不作为固化剂;低挥发性,毒性低,刺激性低;反应缓慢,放热量小,适用期长;固化物收缩率低,耐热性高;固化物机械强度高,电性能优良;需加热固化,时间长;EP常用固化剂,仅次于多元胺。

      

四、阴/阳离子型催化剂。

催化剂仅仅起催化作用,本身不参与交联。

      

五、环氧树脂固化的三个阶段。

1、液体-操作时间,树脂/固化剂混合物仍然是液体状态;

       

2、凝胶-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”成软凝胶物。此时只是局部固化,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;

      

3、固体-最终固化,环氧混合物变成固体阶段,这时能砂磨及整型。在室温下维持若干天使它继续固化。

       

六、环氧树脂固化温度。

1、低温固化剂固化温度在室温以下:改性胺、聚硫醇型、多异氰酸酯型;

2、室温固化剂固化温度为室温~50℃:脂肪族多胺、脂环族多胺;低分子聚酰胺以及改性芳胺;

3、中温固化剂为50~100℃:部分脂环族多胺、叔胺、眯唑类以及三氟化硼络合物;

4、高温固化剂固化温度在100℃以上:芳香族多胺、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双氰胺以及酰肼等。

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