环氧树脂复合材料课件.ppt

1、环氧树脂复合材料 环氧树脂复合材料环氧树脂的定义环氧树脂的性能特点 环氧树脂的分类 环氧树脂的应用 一一 环氧树脂的定义环氧树脂的定义 环氧树脂(Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族有机化合物为骨骼并通过环氧基团反应能形成有用的热固性产物的高分子低聚物（Oligomer）。该树脂于1947年首先在美国投产，20世纪50年代中期开始大量生产，世界年产量已达十几万吨。近年来，EP的新品种不断出现，应用方面也有很大进展，是一个很有发展前途的合成材料。二 环氧树脂的性能特点：形式多样 各种树脂、固化剂、改性体系可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极

2、低的黏度直到高熔点固体。固化方便 选用不同的固化剂，环氧树脂体系可以在5180的温度范围内固化。黏附力强 环氧树脂中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很强的黏附力。而环氧树脂固化时收缩率低也有助于形成一种强韧的、内应力较小的黏合键。由于固化反应没有充分发挥副产物放出，所以在成型时不需要高压或除去挥发性副产物所耗费的时间，这就更进一步提高环氧树脂体系的黏结强度。收缩率低 环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成来进行的，没有水或其他挥发性副产物放出。它们和酚醛树脂、不饱和聚酯树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩率（小于2）。力学性能 固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。电性能

3、 固化后的环氧树脂体系在宽广的频率和温度范围内具有良好的电性能。它们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。耐酸碱等性能 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，像固化环氧树脂体系的大部分性能一样，耐酸碱等性能取决于所选用的树脂和固化剂。尺寸稳定性 固化环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。耐霉菌性 固化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。三 环氧树脂的分类 环氧树脂的种类很多，根据分子结构可分为五大类：1、缩水甘油醚类；2、缩水甘油酯类；3、缩水甘油胺类；4、线形脂肪族类；5、脂环族类。上述13类环氧树脂环氧氯丙烷与含有活泼氢原子的化合物

4、如酚类、醇类、有机羧酸类、胺类等缩聚而成。4类和5类环氧树脂是由带双键的烯烃用过氧乙酸或在低温下用过氧化氢进行环氧化而制得。工业上用量最的环氧树脂品种是缩水甘油醚型环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷（简称双酚A）与环氧氯丙烷缩聚而成的环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主。I 缩水甘油醚型环氧树脂 缩水甘油醚型环氧树脂是由含活泼氢的酚类和醇类与环氧氯丙烷缩聚二成的。典型结构是二酚基丙烷型环氧树脂。二酚基丙烷型环氧树脂的原料 a、二酚基丙烷 二酚基丙烷（简称双酚A）的相对分子量是228，熔点153-159，易溶于丙酮及甲醇，可溶于乙醚，微溶于水及苯 b、环氧氯丙烷 环氧氯丙烷是无色透明液体，相对密度1

5、.18，沸点116.2，光折率1.438。可溶于乙醚、乙醇、四氯化碳及苯中，微溶于水。双酚A型环氧树脂的合成原理 双酚A型环氧树脂以二酚基丙烷和环氧氯丙烷为主要原料，以氢氧化钠为催化剂经缩聚反应而制得。双酚A型环氧树脂化学反应如下：影响控制反应的因素二酚基丙烷与环氧氯丙烷物质的量比 氢氧化钠的用量与浓度的影响 反应温度的影响 加料顺序的影响 体系中水含量的影响 二酚基丙烷与环氧氯丙烷物质的量比 为了合成低相对分子质量的树脂（n=0），虽然理论上环氧氯丙烷与二酚基丙烷的物质的量比为2：1。但实际合成时，二者的物质的量比高达5：1，甚至10：1时才能得到预期相对分子质量的树脂，这是由于在环氧氯丙烷

6、过量较少的情况下，副反应容易发生，结果得到高相对分子质量的树脂。氢氧化钠的用量与浓度的影响 理论上为了是氯醇基团的闭环反应完全，氢氧化钠应与环氧氯丙烷等物质的量比。然而，尤其是在合成低相对分子质量树脂时环氧氯丙烷过量甚多，因此氢氧化钠用量也常过量，过量程度随环氧氯丙烷对二酚基丙烷用量增多而减小。氢氧化钠一般配成10%-30%（质量分数）的水溶液使用，碱的浓度会影响到树脂的性能与收率。在浓碱介质中环氧氯丙烷的活性大，脱氯化氢的作用比较迅速和完全，生成树脂的相对分子质量也比较低，但副反应加速，树脂收率有所下降。因此在合成低相对分子质量树脂时用30%（质量分数）的碱液，而合成高相对分子质量的树脂是用

7、10%（质量分数）的碱液。反应温度的影响 反应温度一般控制较低（常低于90）。为了防止单体环氧氯丙烷及中间物环氧端基的水解反应，常控制起始的反应温度稍低（低于60），反应到后期才逐渐升高温度。加料顺序的影响 在低相对分子质量液体树脂的合成过程中采用两种单体的混合物中滴加碱液的加料方式，而在高相对分子质量树脂的合成过程中采用在二酚基丙烷与碱液混合物中再投入环氧氯丙烷的加料方式。采用后加碱法可使反应一开始就在环氧氯丙烷浓度较高的条件下进行，因此制得的树脂相对分子质量较后加环氧氯丙烷的方式所制得的树脂要小。一般低相对分子质量树脂均采用碱后加法，而高相对分子质量树脂均采用后加环氧氯丙烷法合成。体系中水

8、含量的影响 已有报道，在制备低相对分子质量树脂时，为了得到较高的产率，在反应体系中必须维持水的含量0.3%-2%之间。无水条件下反应不能发生，而当水含量大于2%时，常会导致副反应发生。双酚双酚A型环氧树脂的力学性能及电性型环氧树脂的力学性能及电性能能 性能无填料玻璃纤维填料密度/(g/cm3)1.51.82.0伸长率/（%）9.521.4拉伸强度/(N/cm2)21.5639.2缺口冲击强度/(N.cm2)49106.8278.4147体积电阻/(.cm)1.510133.081015击穿强度/(Kv/mm)15.717.014.2介电损耗（50Hz）0.0020.100II 缩水甘油酯环氧树

9、脂 缩水甘油酯环氧树脂和二酚基丙烷环氧树脂比较，具有如下特点；粘度低，使用工艺好；反映活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化力学性能好；电绝缘性，尤其是耐漏电痕迹好；良好的耐超低温性，在-196-253 超低温下，仍具有比其它类型环氧树脂高的黏结强度。缩水甘油酯类的合成方法有很多;羧酸酰氯-环氧丙醇法、羧酸-环氧氯丙烷法、羧酸盐-环氧氯丙烷法等。由羧酸与环氧氯丙烷在催化剂的及碱存在下的反应方程式如下：可用于制造缩水甘油酯的羧酸很多。但工业上用的较多的羧酸是间苯二甲酸，由此制得间苯二甲酸二缩水甘油酯。III 缩水甘油胺类环氧树脂 缩水甘油胺类环氧树脂可以由脂肪族类或芳香族伯胺或仲胺和环氧氯丙烷合成

10、。这类树脂的特点是多官能度、环氧当量高、交联密度大、耐热性显著提高。主要缺点是有一定的脆性。A、由对氨基苯酚与环氧氯丙烷反应可制得对氨基苯酚环氧树脂（TGPAP），它的结构式如下：对氨基苯酚环氧树脂是低粘度液体（0.550.85Pa.s,250）,环氧当量95107g/mol。该树脂固化活性非常高，用脂肪胺作固化剂时放出大量的热，甚至使树脂碳化;用芳香胺作固化剂时如果温度太高或加有促进剂时也会发生这种现象，因此，在使用TGPAP树脂时应特别注意其固化性能。TGPAP树脂固化物具有优良的热稳定性和化学稳定性。用TGPAP树脂制得的复合材料具有耐烧蚀性能。该树脂也可用作胶黏剂和高性能涂料。B、4，

11、4-二氨基二苯甲烷环氧树脂（TGDDM）TGDDM树脂由4，4二氨基二苯甲烷与环氧氯丙烷反应制得，其分子结构如下：当TGDDM的环氧当量为110g/mol时，其黏度为3-6PAs(50)。该树脂是一种高性能复合材料的基体树脂，具有优良的耐热性能，优良的长期耐高温性能和机械强度保持率；优良的耐化学和辐射稳定性；并具有较低的固化收缩率。因此，用该树脂制成的复合材料是一种耐高温的结构复合材料和耐高能辐射材料。TGDDM树脂也用作高性能结构胶黏剂。四四 环氧树脂的应用环氧树脂的应用 环氧树脂具有优良的物理力学性能、电绝缘性能、耐药品性和粘结性能，可以作为涂料、浇铸料、模压料、胶粘剂、层合材料，以直接或间接使用的形式，渗透到从日常生活用品到高新技术领域的国民经济各个方面。例如：飞机、航天器材中的复合材料；大规模集成电路的封装材料；发电机的绝缘材料；钢铁、木材的涂料；机械、土木建筑用的胶粘剂；乃至食品罐头内壁涂层和金属抗蚀电泳涂装等都大量使用环氧树脂。