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技術寶典|針對不同應用特性要求,環(huán)氧固化劑的選擇策略

2022/5/12 9:50:05??????點擊:

環(huán)氧膠黏劑主要由環(huán)氧樹脂、固化體系和各種助劑構成,而固化劑是技術核心之一,因為選擇不同固化劑決定了環(huán)氧膠的固化溫度和各個方面的性能。


市面上的環(huán)氧固化劑種類五花八門,面對不同應用場景對環(huán)氧膠性能的不同需求時,不少初學者都不知道該如何選擇合適的固化劑。


因此,《膠界》綜合整理了一些理論知識,以幫助在設計環(huán)氧配方時能準確找到適宜的固化劑。


固化溫度


眾所周知,各種固化劑的固化溫度各不相同,我們通常根據(jù)應用場景的要求,來選擇相應加熱溫度的固化劑:
  • 低溫固化劑固化溫度在室溫以下:改性胺、聚硫醇型、多異氰酸酯型

  • 室溫固化劑固化溫度為室溫~50℃:脂肪族多胺、脂環(huán)族多胺;低分子聚酰胺以及改性芳胺

  • 中溫固化劑為50~100℃:部分脂環(huán)族多胺、叔胺、瞇唑類以及三氟化硼絡合物

  • 高溫固化劑固化溫度在100℃以上:芳香族多胺、酸酐、甲階酚醛樹脂、氨基樹脂、雙氰胺以及酰肼等


固化反應屬于化學反應,受固化溫度影響很大,溫度增高,反應速度加快,凝膠時間變短;凝膠時間的對數(shù)值隨固化溫度上升大體呈直線下降趨勢。但固化溫度過高,常使固化物性能下降,所以存在固化溫度的上限;必須選擇使固化速度和固化物性能折衷的溫度,作為合適的固化溫度。


應用特性


化學結構不同,其性質和固化物特性也不同。因此,全面了解具有相同官能基而化學結構不同的多胺固化劑的性狀、特點,對選擇固化劑來說,是很重要的。


在色相方面,脂環(huán)族最淺,基本上是透明的,而脂肪族和芳香族,其著色程度相當顯著。在黏度方面,也有很大不同,脂環(huán)族不過零點零幾Pa·s,而聚酰胺則非常黏稠,達數(shù)Pa·s,芳香族胺多為固態(tài)。適用期長短正好與固化性完全相反,脂肪族反應性最高,而脂環(huán)族、酰胺、芳香族依次降低。


  • 色相(優(yōu))脂環(huán)族→脂肪族→酰胺→芳香胺(劣)

  • 熟度:(低)脂環(huán)族→脂肪族→芳香族→酰胺(高)

  • 適用期:(長)芳香族→酰胺→脂環(huán)族→脂肪族(短)


固化劑的固化溫度和固化物的耐熱性有很大關系,一般地說,使用固化溫度高的固化劑可以得到耐熱優(yōu)良的固化物。


  • 耐熱性:(低)脂肪族多胺<脂環(huán)族多胺<芳香族多胺≈酚醛<酸酐(高)

  • 固化性:(快)脂肪族→脂環(huán)族→酰胺→芳香族(慢)


對光澤來說,芳香族最好,脂肪族最差。此性質受固化溫度的影響,隨溫度升高,光澤變好。至于柔軟性,官能基間距離長的聚酰胺更優(yōu)良一些,而交聯(lián)密度高的芳香胺則差。耐熱性與柔軟性正好相反,而粘接性則與柔軟性一致。耐藥品性(耐酸性)受化學結構影響,芳香族比較優(yōu)良,脂肪胺和聚酰胺則易受化學藥品腐蝕。耐水性受官能基質量濃度的支配,官能基質量濃度低、疏水度高的聚酰胺類更耐水,而官能基質量濃度高的芳香族則差一些。


  • 光澤:(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→聚酰胺一脂肪胺(劣)

  • 柔軟性:(軟)聚酰胺→脂肪族→脂環(huán)族→芳香族(剛)

  • 粘接性:(優(yōu))聚酰胺→脂環(huán)族→脂肪族→芳香族(良)

  • 耐酸性:(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→脂肪族→聚酰胺(劣)

  • 耐水性:(優(yōu))聚酰胺→脂肪胺→脂環(huán)胺→芳香胺(良)

  • 刺激性:(強)脂肪族→芳香族→脂環(huán)族→酰胺(弱)


各類固化劑特點


脂肪胺固化特點

  • 活性高,可室溫固化

  • 反應劇烈放熱,適用期短

  • 一般需后固化,室溫7d再80-100℃2h

  • 固化物熱形變溫度低,一般80-90℃

  • 固化物脆性大

  • 揮發(fā)性及毒性大


芳香族多胺

  • 固化物耐熱性好,耐化學性機械強度均優(yōu)于脂肪族多元胺

  • 活性低,大多加熱固化

  • 氮原子因苯環(huán)導致電子云密度降低,堿性減弱,以及苯環(huán)位阻效應

  • 多為固體,熔點高,工藝性差

  • 液化,低共熔點混合,多元胺與單縮水甘油醚加成


改性多元胺

加成物分子量變大,沸點粘度增加,揮發(fā)性與毒性減弱,

能在極低溫下(0℃以下)固化EP

固化物有很好的增韌效果,改善原有脆性

放熱效應低,適用期長,固化物耐熱性較低


多元硫醇

  • 類似于羥基

  • 聚硫醇化合物(液體聚硫橡膠)就是典型多元硫醇,單獨使用活性很低,室溫反應及其緩慢幾乎不能進行

  • 適當催化劑作用下固化反應以數(shù)倍多元胺速度進行

  • 在低溫固化更為明顯

酸酐類固化劑

  • 反應速率很慢,不能生成高交聯(lián)產(chǎn)物,一般不作為固化劑

  • 低揮發(fā)性,毒性低,刺激性低

  • 反應緩慢,放熱量小,適用期長

  • 固化物收縮率低,耐熱性高

  • 固化物機械強度高,電性能優(yōu)良

  • 需加熱固化,時間長

  • EP常用固化劑,僅次于多元胺

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