環(huán)氧樹脂性能及工藝特性

1、一、環(huán)氧樹脂的粘接特點及基本原理 1、環(huán)氧樹脂粘接的基本原理： 環(huán)氧樹脂粘接是由兩種力量產(chǎn)生的，一是機械粘附力。即當(dāng)粘接劑處于液態(tài)時，滲入到潔凈的被粘接表面的孔隙中，待粘接劑固化后便形成了一種機械結(jié)合的錨固力；二是化學(xué)粘合力，因為環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有脂肪族羥基醚基及其中極為活潑的環(huán)氧基。 由于羥基和醚基的極性，使得環(huán)氧樹脂分子和相鄰表面之間產(chǎn)生電磁吸力，而且環(huán)氧基與含有活潑氫的金屬表面起反應(yīng)而生成化學(xué)勾健，既在膠層間產(chǎn)生了分子之間結(jié)合。這種結(jié)合被稱為化學(xué)粘合力，一般認(rèn)為環(huán)氧樹脂粘合力主要是由于化學(xué)粘合力起作用。 2、環(huán)氧樹脂粘接的特點： 2.1 可粘接各種材料，對金屬與金屬、金屬與非金屬、非

2、金屬與非金屬之間均有較強的粘合能力。 2.2 有較高的粘接強度及其他的物理性能（表1） 2.3 粘結(jié)工藝簡單，容易掌握，經(jīng)濟效果好。如有一臺100m長裂紋的拖拉機發(fā)動機機體，僅用幾元錢即可修復(fù)，且兩天之內(nèi)既可裝車使用。修復(fù)一根輸油管只需幾角錢。 2.4  膠合縫處具有不漏氣、不漏油、不漏水和耐化學(xué)藥品腐蝕等優(yōu)良特性。 2.5  粘結(jié)表面可進(jìn)行機械加工。 2.6  粘結(jié)過程中，不需要對工件進(jìn)行高溫度處理，因此，對零件金相組織無影響。 2.7  收縮性較小，其收縮率為12%；如填加適當(dāng)填料其收縮率可達(dá)到0.1-0.2%

3、，環(huán)氧樹脂的耐溫性較好，可在150-200溫度范圍內(nèi)長期工作，其耐寒性可達(dá)-5055。 2.8  粘結(jié)表面較脆、耐沖性性能較差，粘結(jié)固化后無毒。 表1 環(huán)氧樹脂固化后的物理性能 項 目 數(shù) 據(jù) 抗拉強度（kg/cm2） 650-850（有的配方可達(dá)1200） 抗彎強度 (kg/cm2) 900-1200 抗壓強度 (kg/cm2) 1100-1300 抗沖強度(kgcm/ cm2) 10-20 耐熱性( 馬丁法) 105-130 擊穿電壓（千伏/毫米、室溫） 35 二、環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的組成及其性能 環(huán)氧樹脂和固化劑是環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的基本成份，但為了改變粘結(jié)層的韌性、抗磨性、

4、耐熱性、硬度及工藝性等，可加適量的增塑劑、填料和稀釋劑。 1、環(huán)氧樹脂： 環(huán)氧樹脂一般是指雙酚A型環(huán)氧樹脂，即由環(huán)氧氯丙烷與雙酚A在堿的作用下縮合而成的高聚物，它具有一般高分子聚合物的通性。根據(jù)不同條件，可以制得不同分子量的環(huán)氧樹脂，其分子量在300-7000之間。 環(huán)氧樹脂按分子量的不同，可分為低分子量、中分子量和高分子量三種。低分子量環(huán)氧樹脂為粘稠狀液體，分子量為340-400，其特點是軟化點低、環(huán)氧值高。國產(chǎn)牌高有6010#、618#、634#等；分子量環(huán)氧樹脂呈青銅色的脆性固體，分子量為500-1500，其特點是溶點較高。國產(chǎn)牌號有601#、603#等；高分子量環(huán)氧樹脂為脆性固體，熔化

5、溫度達(dá)145-155，分子量可達(dá)3800以上。國產(chǎn)牌號有607#等。在農(nóng)機修理中，一般均采取低分子量和中分子量環(huán)氧樹脂混用、高分子量環(huán)氧樹脂用做粘結(jié)劑的較少。 常用環(huán)氧樹脂牌號及技術(shù)指標(biāo)如表2所示。 表2 環(huán)氧樹脂牌號及主要技術(shù)指標(biāo) 牌 號 軟 化 點（） 環(huán) 氧 值 性能及用途 618# 液體 0.48以上 環(huán)氧基含量高；粘合力強、粘度低、便于操作、適于粘合、澆濤 6010# 14-22 0.4-0.47 分子量低、適于粘合澆鑄 634# 20-28 0.32-0.47 同上 637# 64-76（固體） 017-022 著附力高、是柔韌性很好的涂料 603# 78-85（固體） 010-0

6、18 分子量較高 604# 80-95（固體） 004-007 同上 607# 110-135（固體） 004-007 具有良好的抗化學(xué)藥品及電氣性能 2、環(huán)氧樹脂的固化劑及其性能： 各種牌號的環(huán)氧樹脂，本身都是線型結(jié)構(gòu)的熱塑性高聚物，它必須經(jīng)過固化劑作用才能變?yōu)椴蝗艿膱怨腆w型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨大分子高聚物。這種變化過程稱為固化或硬化、熟化過程。凡能和環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基及羥基作用而使環(huán)氧樹脂固化的物質(zhì)叫做固化劑或叫硬化劑。 環(huán)氧樹脂固化劑的種類很多，目前常用的有十幾種。其中包括多元胺類、酸酐類和其它高分子聚合物，如聚酰胺樹脂、酚醛樹脂和聚硫橡膠等。 2.1 多元胺類固化劑：常用的多元胺類固化劑有已二胺

7、、間苯二胺和多已稀多胺等。 已二胺（EDA） 已二胺又名二烯二胺（或叫二胺基已烷、乙烯二胺），分子量為60.1，含有四個活潑氫，每一個分子已二胺可與四個環(huán)氧基起反應(yīng)，是無色液體，暴露于空氣中冒白煙，有刺激性氨味。長期與皮膚接觸易中皮炎，吸入人體呼吸道則刺激呼吸道粘膜。因此，操作時，室內(nèi)要通風(fēng)良好，要帶口罩，盡量做到少與皮膚接觸。 已二胺與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)是屬于放熱反應(yīng)，調(diào)膠時應(yīng)使樹脂溫度控制在40以內(nèi)。已二胺的用量一般為環(huán)氧樹脂用量的6-8%，如用量過大，在調(diào)膠過程中就固化或者說操作未完成膠已半固化了，造成浪費，既使勉強粘合了，固化后的質(zhì)量也不好，易產(chǎn)生許多松孔狀很脆的組織，如用量過小，固化速度

8、慢或反應(yīng)不完全，強度亦低。 固化條件：在室溫（20）下，24小時即可完全固化。 在有條件的情況下，最好加溫固化，固化速度快，強度高。如120保溫3小時就可固化，150保溫2小時就可固化，待零件緩慢降至室溫既可使用。 已二胺的不同用量，不同固化時間及不同的固化溫度對粘結(jié)性能的影響見表4。 間苯二胺（MPDA） 淡黃色結(jié)晶，分子量為108.41，熔點為63，含有四個活潑氫可與環(huán)氧樹脂四個分子的四個環(huán)氧基起作用。在受潮時色變暗，但對性能并無影響。采用間苯二胺做固化劑時，固化后的樹脂熱變溫度高，粘接后零件可在150環(huán)境中長期使用。 間苯二胺與環(huán)氧樹脂混合的方法有兩種：一種是將間苯二胺與環(huán)氧樹脂分別在6

9、5溫度下熔融，然后混合在一起；一種是將環(huán)氧樹脂加熱至80，在充分?jǐn)嚢柽^程中，將間苯二胺加入溶解，調(diào)勻，混合后冷卻至室溫即可使用，這樣可延長操作時間。 用間苯二胺做固化劑時，其用量為環(huán)氧樹脂重量的14-15%。 間苯二胺是有毒化學(xué)藥品，使用時注意不要與皮膚接觸，嚴(yán)防入口。 固化條件：放入保溫箱內(nèi)，逐漸升至到150保溫2小時后，緩慢降至室溫。 2.2 酸酐類固化劑：它是用酸酐類作環(huán)氧樹脂的固化劑，均需在較高溫度條件下才能固化，固化后的產(chǎn)物耐溫性高，可在150-200溫度條件下長期使用。 鄰苯二甲酸酐（PA） 鄰苯二甲酸酐簡稱苯酐、白色粉沫狀，分子量為148.11，燃點為128，一次調(diào)成膠可長期使用

10、。 鄰苯二甲酸酐的用量為環(huán)氧樹脂重量的35-45%，有時也可為60%。 鄰苯二甲酸酐與環(huán)氧樹脂加熱至120-130，然后加入鄰苯二甲酸酐攪勻，降至室溫后即可使用。 固化條件：在保溫箱內(nèi)逐漸升溫至150，保溫4小時（180保溫2小時）后逐漸降至室溫。 順丁稀二酸酐（MA） 順丁稀二酸酐亦稱順酐，又名失水蘋果酸酐，白色結(jié)晶，分子量為98.06，熔點為52.8。 順丁稀二酸酐做環(huán)氧樹脂的固化劑，使用量為環(huán)氧樹脂重量的30-40%。 順丁稀二酸酐與環(huán)氧樹脂的混合方法：先將順丁稀二酸酐搗碎，然后將環(huán)氧樹脂加熱至60，逐漸加入順丁稀二酸酐，攪勻后冷卻至室溫即可使用。使用壽命長，在室溫下放置幾天后仍可進(jìn)行粘

11、接。 固化條件同鄰苯二甲酸酐。 2.3        高分子聚合物 聚酰胺樹脂：常用的聚酰胺樹脂是琥珀色、低熔點、熱塑性樹脂。 聚酰胺樹脂是目前比較受歡迎的一種低毒性固化劑，一般所謂“雙樹脂粘合劑”即指環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂作為粘合結(jié)劑而言，適于粘補，操作簡單，效果良好。 聚酰胺樹脂本身即是固化劑、又是性能優(yōu)良的增塑（韌）性，只要兩種樹脂按一定量配合攪勻，就可在室溫下操作和固化。 聚酰胺樹脂用量范圍較大，一般用量為環(huán)氧樹脂的100%較為合適；在室溫低于20時，粘度較大，使用時應(yīng)適當(dāng)加溫，使粘度降低后再取用。 常用聚酰

12、胺牌號有200#、300#、400#、600#等。 固化條件：室溫2-3天或150保溫2小時后，緩慢冷卻至室溫即完全固化。 酚醛樹脂：酚醛樹脂可直接與環(huán)氧樹脂混合作為粘結(jié)劑，粘結(jié)強度高，耐溫性能好，但在粘結(jié)時，必須對粘結(jié)面進(jìn)行加溫加壓處理，方能獲得比較理想的效果，如同時加入胺類固化劑（如已二胺），可縮短固化時間。 酚醛樹脂的用量為環(huán)氧樹脂用量的30-40%。 固化條件：將粘結(jié)件放在烘箱內(nèi)，逐漸升溫至150，保溫2小時即可完全固化。 農(nóng)機修理中，最常用的是乙二胺、間苯二胺、鄰苯二甲酸酐、多乙稀多胺和聚酰胺樹脂。 表3 不同固化劑固化后產(chǎn)物性能 項 目 間 苯 二 胺 苯 酐 聚酰胺樹脂 抗拉強度

13、（kg/cm2） 560 805-875 315-490 抗彎強度（kg/cm2） 1190 1260-1330 490-672 抗壓強度（kg/cm2） 2590 1050-1120 490-840 抗沖強度（kg/cm2） 0.207 0.70 0.2-0.3 硬度（洛氏）M 108 100 - 熱變形溫度（） 150 109 - 表4 常用環(huán)氧樹脂固化劑一覽表 類 別 固化劑名稱 用 量（%） 性 能 固化條件 用 途 多 元 胺 類 乙二胺 6-8 液體、揮發(fā)性大，與環(huán)氧樹脂反應(yīng)時放熱、室溫固化、固化速度快、可使用時間短、耐熱性較差 室溫（20）24小時；120保溫3小時；150保溫2

14、小時均可。 粘結(jié)多種材質(zhì)零件，如氣缸體、鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、殼體以及油箱、油管等。 間苯二胺 14-15 淡黃色結(jié)晶、固體、長期放置后色變暗，熔點63，粘結(jié)強度較高，耐熱性好。 150保溫2小時后逐漸降至室溫。 氣缸體及鐵質(zhì)、鋁質(zhì)殼體件的粘補。 酸 酐 類 多乙稀多胺 10-15 - 室溫8小時或150保溫2小時均可 氣缸體及鐵質(zhì)、鋁質(zhì)殼體件的粘補 鄰苯二甲酸酐 35-45 白色固體、熔點128、粘結(jié)強度高、耐熱性好，但要加溫固化。 150保溫4小時或180保溫2小時。 適于粘結(jié)或噴涂。 順丁稀二酸酐 30-40 白色固體、熔點52.8，粘結(jié)強度高，耐熱性很好。 同上 同上 表5 常用環(huán)氧樹脂膠的填料

15、 填 料 名 稱 填 料 作 用 石棉纖維、無堿玻璃纖維 提高沖擊韌性 石英粉、瓷粉、鐵粉、水泥 提高硬度 鋁粉、瓷粉 增強粘結(jié)力 石棉粉、硅膠粉、云母粉 提高耐熱性 二氧化硅粉、鋁粉、鐵粉 提高導(dǎo)熱率 銅粉 增加粘度、以防在垂直面上流膠 二硫化鑰粉、石墨、滑石粉、白堊粉 增加抗磨性 云母、石棉纖維、氧化鋁、鋅粉、滑石粉 降低熱脹系數(shù) 稀釋劑品種：丙酮、無水乙醇、信那水、環(huán)已酮、二甲苯 表6 常用化學(xué)處理配方 零件材質(zhì) 化學(xué)處理液成份 用量 處理溫度（） 處理時間（分） 備注 鋼 件 鑄 鐵 件           三氯化鐵（42%） 18g 50 60 處理表面呈灰色 硫酸 30g 水 1000mL 馬日夫鹽 30g 磷酸 7mL 硝酸鋅 70g 80-85 硅酸鈉 10g 60 30 同上 鹽酸 10g 馬日夫鹽 30g 80-85 10-15 處理表面呈灰黑色 硝酸鋅 70g 磷酸 7mL 水 1000mL 磷酸 50g 40-60 30 同上 已醇 50g 濃硫酸 28g 50 10 同上 重鉻酸鈉 8g 水 70g 三氯化鐵（42%） 18g   50   30   處理表面呈淺灰色   濃硝酸 30g