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技术宝典|针对不同应用特性要求,环氧固化剂的选择策略

2022/5/12 9:50:05      点击:

环氧胶黏剂主要由环氧树脂、固化体系和各种助剂构成,而固化剂是技术核心之一,因为选择不同固化剂决定了环氧胶的固化温度和各个方面的性能。


市面上的环氧固化剂种类五花八门,面对不同应用场景对环氧胶性能的不同需求时,不少初学者都不知道该如何选择合适的固化剂。


因此,《胶界》综合整理了一些理论知识,以帮助在设计环氧配方时能准确找到适宜的固化剂。


固化温度


众所周知,各种固化剂的固化温度各不相同,我们通常根据应用场景的要求,来选择相应加热温度的固化剂:
  • 低温固化剂固化温度在室温以下:改性***、聚硫醇型、多异***酸酯型

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

  • 中温固化剂为50~100℃:部分脂环族多***、叔***、眯唑类以及三***化硼络合物

  • 高温固化剂固化温度在100℃以上:芳香族多***、酸酐、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、双******以及酰肼等


固化反应属于化学反应,受固化温度影响很大,温度增高,反应速度加快,凝胶时间变短;凝胶时间的对数值随固化温度上升大体呈直线下降趋势。但固化温度过高,常使固化物性能下降,所以存在固化温度的上限;必须选择使固化速度和固化物性能折衷的温度,作为合适的固化温度。


应用特性


化学结构不同,其性质和固化物特性也不同。因此,全面了解具有相同官能基而化学结构不同的多***固化剂的性状、特点,对选择固化剂来说,是很重要的。


在色相方面,脂环族最浅,基本上是透明的,而脂肪族和芳香族,其着色程度相当显著。在黏度方面,也有很大不同,脂环族不过零点零几Pa·s,而聚酰***则非常黏稠,达数Pa·s,芳香族***多为固态。适用期长短正好与固化性完全相反,脂肪族反应性最高,而脂环族、酰***、芳香族依次降低。


  • 色相(优)脂环族→脂肪族→酰***→芳香***(劣)

  • 熟度:(低)脂环族→脂肪族→芳香族→酰***(高)

  • 适用期:(长)芳香族→酰***→脂环族→脂肪族(短)


固化剂的固化温度和固化物的耐热性有很大关系,一般地说,使用固化温度高的固化剂可以得到耐热优良的固化物。


  • 耐热性:(低)脂肪族多***<脂环族多***<芳香族多***≈酚醛<酸酐(高)

  • 固化性:(快)脂肪族→脂环族→酰***→芳香族(慢)


对光泽来说,芳香族最好,脂肪族最差。此性质受固化温度的影响,随温度升高,光泽变好。至于柔软性,官能基间距离长的聚酰***更优良一些,而交联密度高的芳香***则差。耐热性与柔软性正好相反,而粘接性则与柔软性一致。耐药品性(耐酸性)受化学结构影响,芳香族比较优良,脂肪***和聚酰***则易受化学药品腐蚀。耐水性受官能基质量浓度的支配,官能基质量浓度低、疏水度高的聚酰***类更耐水,而官能基质量浓度高的芳香族则差一些。


  • 光泽:(优)芳香族→脂环族→聚酰***一脂肪***(劣)

  • 柔软性:(软)聚酰***→脂肪族→脂环族→芳香族(刚)

  • 粘接性:(优)聚酰***→脂环族→脂肪族→芳香族(良)

  • 耐酸性:(优)芳香族→脂环族→脂肪族→聚酰***(劣)

  • 耐水性:(优)聚酰***→脂肪***→脂环***→芳香***(良)

  • 刺激性:(强)脂肪族→芳香族→脂环族→酰***(弱)


各类固化剂特点


脂肪***固化特点

  • 活性高,可室温固化

  • 反应剧烈放热,适用期短

  • 一般需后固化,室温7d再80-100℃2h

  • 固化物热形变温度低,一般80-90℃

  • 固化物脆性大

  • 挥发性及毒性大


芳香族多***

  • 固化物耐热性好,耐化学性机械强度均优于脂肪族多元***

  • 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***与单缩水甘油醚加成


改性多元***

加成物分子量变大,沸点粘度增加,挥发性与毒性减弱,

能在极低温下(0℃以下)固化EP

固化物有很好的增韧效果,改善原有脆性

放热效应低,适用期长,固化物耐热性较低


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***速度进行

  • 在低温固化更为明显

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***

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