1.環(huán)氧樹脂(EP) 環(huán)氧樹脂是分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基因的線型有機高分子化合物。它具有優(yōu)異的粘接性能、良好的耐熱性和耐化學性。具有耐腐蝕、固化收縮率低、工藝性能良好等優(yōu)點。它可以與各類固化劑交聯(lián),形成具有不溶、不熔特性的三維網(wǎng)絡聚合物。
(一)環(huán)氧樹脂的特性及型號 1)機械強度高。該樹脂固化后的機械強度高于聚酯樹脂和酚醛樹脂。 2)粘接性能好,粘接力強。由于環(huán)氧樹脂分子中含有多種極性基團(羥基、醚基和環(huán)氧基),而環(huán)氧基能與玻璃纖維表面形成化學鍵,因此具有良好的潤濕性和粘合性,其粘合力被稱為“萬能”膠水”。 3)固化收縮率低。環(huán)氧樹脂在固化過程中不生成小分子,密度高。因此,固化過程中的體積收縮率非常低(<2%)。它是聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂這三種常用熱固性樹脂中收縮率最小的。 4) 良好的耐化學腐蝕性能。熱固性樹脂中,聚酯樹脂和酚醛樹脂不耐堿腐蝕,而環(huán)氧樹脂耐堿腐蝕較好。對有機溶劑的耐腐蝕性也良好。 5)優(yōu)良的耐熱性和電絕緣性能。熱變形溫度比聚酯樹脂高。同時,通過改變固化劑可以大大提高熱變形溫度。 6)固化成型工藝性能良好。環(huán)氧樹脂可以在室溫和接觸壓力下固化。它還可以在熱和壓力下固化和成型。固化自由度大,可使用不同固化劑在-10~180℃范圍內(nèi)固化。 7)缺點:樹脂流動性差,粘度高,手糊和噴涂成型困難。使用時需添加稀釋劑;凝膠時間和固化速度不像聚酯那樣可調(diào),因此固化時間比聚酯樹脂長;價格比較貴。固化環(huán)氧樹脂的性能因固化劑的不同而有很大差異。環(huán)氧樹脂固化劑的品種較多,使環(huán)氧樹脂能適應各種不同性能產(chǎn)品的要求。工業(yè)上,玻璃鋼所用環(huán)氧樹脂的種類大致分為以下四類:二酚基丙烷環(huán)氧樹脂;酚醛環(huán)氧樹脂;脂環(huán)族環(huán)氧樹脂;其他類型環(huán)氧樹脂(聚丁二烯環(huán)氧樹脂、三聚氰酸環(huán)氧樹脂)。最常用的是二酚丙烷型環(huán)氧樹脂,稱為通用型環(huán)氧樹脂。玻璃鋼中使用的E型環(huán)氧樹脂主要有3種,即E-51、E-44、E-42,約占總用量的80%~90%。這三種類型之間的唯一區(qū)別是分子量。前者分子量小,流動性好;后者分子量大,流動性差。固化后的樹脂性能沒有太大差異。 (二)常用環(huán)氧樹脂固化劑 1)伯胺固化劑包括乙二胺(EDA)、二亞乙基三胺(DETA)、三亞乙基四胺(TETA)、多亞乙基多胺(PEDA)、二亞乙基三胺(DEFT)、四亞乙基五胺(TDA)、聚酰胺、改性聚胺等。其特點是常溫下多為低粘度液體,易于與樹脂混合;它具有高度揮發(fā)性、有強烈氣味且有毒。固化物的特點是:固化過程中釋放大量熱量,固化速度快,可在室內(nèi)固化;耐腐蝕性和機械性能一般,性脆,耐熱性低。 2)叔胺固化劑包括間苯二胺(MPDA)、間苯二甲胺(MXDA)、六亞甲基二胺(HDA)和4,4-二氨基二苯基甲烷。其特點是:除間苯二甲胺為液體外,其余在常溫下為固體,不易與樹脂結(jié)合,需加熱熔融。其固化物的特點是:固化速度慢,常溫下固化不完全,需要加熱;固化物具有良好的耐腐蝕性和耐熱性,適用于層壓和模壓制品。改性叔胺固化劑包括代號590、593、120、591等固化劑。其特點是:低揮發(fā)性、低毒性;室溫下主要為粘稠液體??商岣吖袒锏哪蜔嵝浴⒛透g性,并能在低溫、潮濕條件下固化樹脂。 3)酸酐類固化劑:該類固化劑分為鄰苯二甲酸酐(MA)、均苯四酸二酐、甲基納迪酸酐三種。鄰苯二甲酸酐是一種白色晶體,需要加熱才能凝固。固化后樹脂機械強度高,耐酸性強,耐堿性差,溫變形溫度在100℃以上。均苯四甲酸二酐是白色晶體,需要加熱固化,與環(huán)氧樹脂有很強的反應活性。固化物交聯(lián)密度高,具有優(yōu)異的抗壓強度、耐化學性和熱穩(wěn)定性,熱變形溫度可達280℃;甲基納迪克酸酐是淺黃色液體,易于與樹脂混合。固化物具有優(yōu)異的耐熱老化性能,熱變形溫度在160℃以上,收縮率小。 4)聚合物固化劑有酚醛、呋喃、聚酰胺、脲醛、三聚氰胺甲醛等樹脂。這些材料本身就是一種良好的防腐材料,固化速度慢,適用期長,并且僅用于熱固化。固化物兼有環(huán)氧樹脂和固化劑樹脂的特性。具有高沖擊強度和尺寸穩(wěn)定性。 (3)稀釋劑:為降低環(huán)氧樹脂粘度,改善流動性,添加稀釋劑。稀釋劑分為以下兩類:1)反應性稀釋劑包括環(huán)氧丙烷丙烯醚、環(huán)氧丙烷丁醚、環(huán)氧丙烷苯醚、二縮水甘油醚、脂環(huán)族環(huán)氧、乙二醇二縮水甘油醚、甘油環(huán)氧、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷等。此類稀釋劑的分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團,在與樹脂固化過程中參與固化反應。因此,它直接影響固化樹脂的性能。除降低樹脂粘度、改善樹脂工藝性能外,有時還對固化樹脂起到內(nèi)部增塑作用。隨著活性稀釋劑的添加,固化劑的用量也應作相應調(diào)整。這類稀釋劑一般有毒,使用時要小心。沸點在150至300°C之間。 2)惰性稀釋劑包括丙酮、酒精、甲乙酮、環(huán)乙酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯等。此類稀釋劑在樹脂固化過程中不參與反應,僅起到以降低粘度。用量一般為樹脂重量的5%~15%。大部分在固化過程中逸出,從而增加樹脂收縮率,降低產(chǎn)品性能。表觀密度為016,019,沸點為50,150℃。在玻璃纖維加工過程中應盡量少用。 (4)增塑劑增塑劑又稱增韌劑,是提高玻璃鋼韌性的添加劑。它還分為活動和非活動類別。 1)活性增塑劑有聚酰胺樹脂、聚硫橡膠、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、聚環(huán)氧氯丙橡膠、不飽和聚酯樹脂、液體聚氨酯與芳香族二元胺化合物、丁腈橡膠與馬來酸酐、丁苯橡膠與聚丁二烯環(huán)氧樹脂等。具有單一官能團的環(huán)氧化植物油。由于含有活性基團,參與固化反應,改善環(huán)氧樹脂的脆性,提高樹脂的沖擊強度和伸長率。 2)惰性增塑劑主要是鄰苯類和磷酸類。屬于鄰苯二甲酸酯類的有鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二辛酯等;屬于磷酸類的有磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亞磷酸三苯酯。它不參與固化反應。其主要作用是降低樹脂固化體系的粘度,改善脆性。它們基本上是無色液體。只有磷酸三苯酯是白色液體。沸點高于200℃。表觀密度基本大于1。用量為樹脂重量的10%~15%。 2、酚醛樹脂 酚醛樹脂是由酚類化合物(苯酚、甲酚、二甲酚)與醛類化合物(甲醛、糠醛)按一定比例在酸性或堿性催化劑作用下進行縮聚反應合成的。分為兩類:熱塑性塑料和熱固性塑料。 FRP由熱固性酚醛樹脂制成,具有直鏈或支鏈分子結(jié)構(gòu)。由于分子中含有羥甲基,在加熱條件下它們會進一步相互縮合,形成不溶不熔的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。 (一)酚醛樹脂的性能特點 1)工藝性能良好??筛鶕?jù)需要制成不同粘度的樹脂,以適應不同的應用。一般分為高粘度、中粘度、低粘度三種。高粘度樹脂適用于制備擠壓石墨制品、制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆;中等粘度,適用于制造酚醛水泥和酚醛玻璃鋼;粘度低,適合浸漬石墨,也可用于制造玻璃鋼。 2) 耐腐蝕性能好。除強氧化性酸外,酚醛樹脂幾乎能耐所有酸的腐蝕,如任何濃度的鹽酸、稀硫酸、大多數(shù)有機酸和酸性氣體以及pH<7的酸性鹽溶液。但其耐堿性較差。 3)固化后的樹脂具有良好的抗壓強度、良好的介電性能、優(yōu)異的耐水性和耐燒蝕性,可在120℃下長期使用,并具有良好的耐熱性。 4)缺點是:樹脂固化時體積收縮大,樹脂與玻璃纖維的粘結(jié)性差,固化物脆,伸長率低。 (2)普通酚醛樹脂的性能。普通酚醛樹脂粘度低,凝膠時間短,耐熱性好,固化時體積收縮大,附著力差,性脆。它通常用于制造預浸料。 (三)幾種改性酚醛樹脂的性能 1)鎂質(zhì)酚醛樹脂 鎂質(zhì)酚醛樹脂是聚乙烯醇縮醛改性酚醛樹脂。具有良好的流動性,固化物機械強度高,電絕緣性和耐熱性良好,提高了玻璃鋼制品的機械強度和耐熱性。適用于壓縮成型。 2)硼酚醛樹脂改善了普通酚醛樹脂的脆性和吸水性,提高了玻璃鋼制品的機械強度和耐熱性。 3)環(huán)氧樹脂改性酚醛樹脂提高了粘結(jié)性能,降低了樹脂的固化收縮率,提高了固化物的韌性和耐堿性。 4)二甲苯改性酚醛樹脂吸水率更低,耐堿性更好,提高韌性和機械強度。 3)和4)主要用于層壓和模壓制品,如FRP管道、閥門及各種配件和FRP層壓板
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