環(huán)氧樹脂性能及工藝特性

1、一、環(huán)氧樹脂的粘接特點(diǎn)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(jī)械粘附力。即當(dāng)粘接劑處于液態(tài)時(shí)，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(jī)械結(jié)合的錨固力；二是化學(xué)粘合力，因?yàn)榄h(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有脂肪族羥基醴基及其中極為活潑的環(huán)氧基。由于羥基和醴基的極性，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(diǎn)：2.1 可粘接各種材料，對(duì)金屬與金屬、金屬與非金屬、非金屬與非金

2、屬之間均有較強(qiáng)的粘合能力。2.2 有較高的粘接強(qiáng)度及其他的物理性能（表1）2.3 粘結(jié)工藝簡(jiǎn)單，容易掌握，經(jīng)濟(jì)效果好。如有一臺(tái)100m長(zhǎng)裂紋的拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(jī)械加工。2.6 粘結(jié)過(guò)程中，不需要對(duì)工件進(jìn)行高溫度處理，因此，對(duì)零件金相組織無(wú)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%,環(huán)氧樹脂的耐溫性較好，可在150-200C溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作，其耐寒性可達(dá)-50C55Co2.8 粘結(jié)表面較脆

3、、耐沖性性能較差，粘結(jié)固化后無(wú)毒。表1環(huán)氧樹脂固化后的物理性能項(xiàng)目數(shù)據(jù)抗拉強(qiáng)度（kg/cm）650-850（有的配方可達(dá)1200）抗彎強(qiáng)度（kg/cm）900-1200抗壓強(qiáng)度（kg/cm2）1100-13002抗/中強(qiáng)度(kg?cm/cm)10-20耐熱性（C馬丁法）105-130擊穿電壓（千伏/毫米、室溫）35、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、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

4、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(diǎn)是軟化點(diǎn)低、環(huán)氧值高。國(guó)產(chǎn)牌高有6010張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(diǎn)是溶點(diǎn)較高。國(guó)產(chǎn)牌號(hào)有601#、603#等；高分子量環(huán)氧樹脂為脆性固體，熔化溫度達(dá)145-155C,分子量可達(dá)3800以上。國(guó)產(chǎn)牌號(hào)有607#等。在農(nóng)機(jī)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(hào)及技術(shù)指標(biāo)

5、如表2所示。表2環(huán)氧樹脂牌號(hào)及主要技術(shù)指標(biāo)牌號(hào)軟化點(diǎn)（C）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(qiáng)、粘度低、便于操作、適于粘合、澆濤6010#14-220.4-0.47分子量低、適于粘合澆鑄634#20-280.32-0.47同上637#64-76（固體）0.17-0.22著附力高、是柔韌性很好的涂料603#78-85（固體）0.10-0.18分子量較局604#80-95（固體）0.04-0.07同上607#110-135（固體）0.04-0.07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(hào)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(guò)固化

6、劑作用才能變?yōu)椴蝗艿膱?jiān)固體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨大分子高聚物。這種變化過(guò)程稱為固化或硬化、熟化過(guò)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、酸酊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、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(gè)活潑氫，每一個(gè)分子已二胺可與四個(gè)環(huán)氧基起反應(yīng)，是無(wú)色液體，暴露于空氣中冒白煙，有刺激性氨味。長(zhǎng)期與皮膚接觸易中皮炎，吸入人體呼吸道則刺激呼吸

7、道粘膜。因此，操作時(shí)，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(shí)應(yīng)使樹脂溫度控制在40c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(guò)大，在調(diào)膠過(guò)程中就固化或者說(shuō)操作未完成膠已半固化了，造成浪費(fèi)，既使勉強(qiáng)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(guò)小，固化速度慢或反應(yīng)不完全，強(qiáng)度亦低。固化條件：在室溫（20C）下，24小時(shí)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(qiáng)度高。如120c保溫3小時(shí)就可固化，150c保溫2小時(shí)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(shí)間及不同的固化溫

8、度對(duì)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(diǎn)為63C,含有四個(gè)活潑氫可與環(huán)氧樹脂四個(gè)分子的四個(gè)環(huán)氧基起作用。在受潮時(shí)色變暗，但對(duì)性能并無(wú)影響。采用問(wèn)苯二胺做固化劑時(shí)，固化后的樹脂熱變溫度高，粘接后零件可在150c環(huán)境中長(zhǎng)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65c溫度下熔融，然后混合在一起；一種是將環(huán)氧樹脂加熱至80C,在充分?jǐn)嚢柽^(guò)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(zhǎng)操作時(shí)間。用間苯二胺做固化劑時(shí),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(shí)注意不要與皮膚接觸，嚴(yán)防入

9、口。固化條件：放入保溫箱內(nèi)，逐漸升至到150c保溫2小時(shí)后，緩慢降至室溫。2.2 酸酊類固化劑：它是用酸酊類作環(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150-200C溫度條件下長(zhǎng)期使用。鄰苯二甲酸酊（PA）鄰苯二甲酸酊簡(jiǎn)稱苯酊、白色粉沫狀，分子量為148.11,燃點(diǎn)為128C,次調(diào)成膠可長(zhǎng)期使用。鄰苯二甲酸酊的用量為環(huán)氧樹脂重量的35-45%有時(shí)也可為60%鄰苯二甲酸酊與環(huán)氧樹脂加熱至120-130C,然后加入鄰苯二甲酸酊攪勻，降至室溫后即可使用。固化條件：在保溫箱內(nèi)逐漸升溫至150C,彳溫4小時(shí)（180C保溫2小時(shí)）后逐漸降至室溫。順丁稀二酸酊（MA順丁稀二

10、酸酊亦稱順酊，又名失水蘋果酸酊，白色結(jié)晶，分子量為98.06,熔點(diǎn)為52.8C0順丁稀二酸酊做環(huán)氧樹脂的固化劑，使用量為環(huán)氧樹脂重量的30-40%順丁稀二酸酊與環(huán)氧樹脂的混合方法：先將順丁稀二酸酊搗碎，然后將環(huán)氧樹脂加熱至60C,逐漸加入順丁稀二酸酊，攪勻后冷卻至室溫即可使用。使用壽命長(zhǎng)，在室溫下放置幾天后仍可進(jìn)行粘接。固化條件同鄰苯二甲酸酊。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(diǎn)、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(bǔ)，操作簡(jiǎn)單，效果良好。聚酰胺樹脂本身即是固化劑、又是性能

11、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%R為合適；在室溫低于20c時(shí)，粘度較大，使用時(shí)應(yīng)適當(dāng)加溫，使粘度降低后再取用。常用聚酰胺牌號(hào)有200張300張400#、600好。固化條件：室溫2-3天或150c保溫2小時(shí)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(qiáng)度高，耐溫性能好，但在粘結(jié)時(shí)，必須對(duì)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(shí)加入胺類固化劑（如已二胺），可縮短固化時(shí)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

12、150C,彳溫2小時(shí)即可完全固化。農(nóng)機(jī)修理中，最常用的是乙二胺、間苯二胺、鄰苯二甲酸酊、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(xiàng)目間苯二胺苯酊聚酰胺樹脂抗拉強(qiáng)度/,，2、(kg/cm)560805-875315-490抗彎強(qiáng)度/,，2、(kg/cm)11901260-1330490-672抗壓強(qiáng)度2、(kg/cm)25901050-1120490-840抗沖強(qiáng)度/,，2、(kg/cm)0.2070.700.2-0.3硬度(洛氏)M108100-熱變形溫度(C)150109-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乙二胺6-8液體、室溫粘結(jié)多元揮發(fā)性:工

13、(20C)24種材質(zhì)零胺與劃、氧樹脂小時(shí)；120c件，如氣缸類反應(yīng)時(shí)放保溫3小體、鐵質(zhì)、熱、室溫周時(shí)；150c保鋁質(zhì)、殼體化、固化速溫2小時(shí)均以及油箱、度快、可使可。油管等。用時(shí)間短、耐熱性較差向苯二胺14-15淡黃色150C保氣缸體結(jié)晶、固體、溫2小時(shí)后及鐵質(zhì)、鋁長(zhǎng)期放置后逐漸降至室質(zhì)殼體件的色變暗，熔溫。粘補(bǔ)。點(diǎn)63C,粘結(jié)強(qiáng)度較高，耐熱性好。酸多乙稀多胺10-15-室溫8小氣缸體及酊時(shí)或150c鐵質(zhì)、鋁質(zhì)類保溫2小時(shí)殼體件的粘均可補(bǔ)鄰苯二甲酸35-45白色固150C保適于粘酊體、熔點(diǎn)溫4小時(shí)或結(jié)或噴涂。128C、粘結(jié)180c保溫強(qiáng)度局、耐熱性好，但要加溫固化。2小時(shí)。順稀二酸酊30-40

14、白色固體、熔點(diǎn)52.8C,粘結(jié)強(qiáng)度高，耐熱性很好。同上同上表5常用環(huán)氧樹脂膠的填料填料名稱填料作用石棉纖維、無(wú)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(qiáng)粘結(jié)力石棉粉、硅膠粉、云母粉提圖耐熱性二氧化硅粉、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(wú)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(C)處理時(shí)間(分)備注鋼三氯化鐵18g5060處理表件(42%面呈灰色鑄硫酸30g鐵水1000mL件馬日夫鹽30g磷酸7mL硝酸鋅70g80-85硅酸鈉10g6030同上鹽酸10g馬日夫30g80-8510-15處理表鹽面呈灰黑色硝酸鋅70g磷酸7mL水1000mL磷酸50g40-6030同