环氧中固化剂

1、环氧中固化剂的重要性环氧树脂指的是一系列含有一个以上环氧基团的分子或低聚物。这些产品是固态的或者是稠度类 似蜂蜜的液态，能够通过其中的环氧端基发生反应生成三维网络结构，从而赋予最终材料以刚度， 硬度以及不流动性等性能。最终制品通常具有以下性能：优异的电性能；由于含有极性基团，从而具有很好的粘接性能;收缩小；抗冲击性能好；抗吸湿性。这个系列的热固性塑料有很多的应用，如复合材料，涂料，粘和剂以及胶囊材料。选取的与环氧树脂反应的化学药品被称做固化剂(或硬化剂)，且它通常含有与氮，氧，或硫相 连的活泼氢。固化剂的选取需要考虑很多参数，而且在很大程度上将决定最终环氧热塑性材料的性能。为了帮助您在具体的应

2、用中做出正确的选择，您应该考虑以下几个方面：环氧树脂固化剂的定义及作用机理复合材料制品中需要考虑的参数复合材料制品所用的工业化固化剂产品主要特征的描述环氧树脂：一般化学性质和介绍最常见的环氧树脂是醇类或者酚类的缩水甘油醚。液态的环氧树脂是双酚 A的二环氧甘油醚 (DGEBA)，它们占据了工业应用环氧树脂的75%以上。图1: DGEBA树脂的结构这种树脂的稠度类似于蜂蜜。分子链末段的环氧基团在热固性高分子中充当交联时的活性点。那 些选取的与这些环氧基团反应的化学药品被称做固化剂，其中一般含有与氮，氧或者硫相连的活 性氢原子。胺类固化剂是使用最广的，有一元或二元的，还有，脂肪族，芳香族或者脂环族的

3、。胺类化合物通常每个分子都会有三个以上的反应基团，在与环氧树脂混合后，这种结构特点就 有利于形成三维的聚合物网络（图2）。图2:环氧树脂的固化机理胺类化合物与环氧树脂的反应是在室温或室温以下进行的，因此选取固化剂时一定要保证反应能 完全进行。用在室温条件下的胺类化合物，通常要加入增塑剂以保证能够反应完全。热固化反应 所用的胺类化合物用少量或者不用添加增塑剂且通常能赋予热塑性塑料更高的强度和热性能。因此，固化剂的选择在很大程度上决定了环氧类热塑性塑料最终的性能。复合材料配方制定提示-前言复合材料是由纤维或者其他有一定长厚比的材料增强而成的。纤维主要是玻璃纤维或者碳纤维但 芳纶纤维，硼纤维以及其他

4、的有机和天然纤维也有应用。用在复合材料中的聚合物主要是热固性 塑料，用途则是向增强纤维传递负荷或者应力来利用纤维的强度和刚度（模量）。制品中纤维的 份数大约可达到70%。复合材料的应用覆盖了很广的领域，从自己做的砂型及室温固化的工具到高温固化的军用材料和 航天材料等。产品的性能及加工要求因具体的应用而不同，因此在为具体制品选定树脂和固化剂 时，应当用一种“体系”的方法。复合材料最终的物理机械性能、热性能、电性能以及抗化学腐蚀 性能都将取决于所选的树脂、固化剂以及固化条件。在为环氧树脂配方选择合适固化剂时需要考虑的参数有：粘度质量效应固化过程玻璃化转变温度（Tg）断裂韧性粘度配方的粘度必须足够低

5、，以保证使增强纤维能完全浸湿。完全固化后产品中的空隙将成为应力集 中区域，当复合材料承受负荷时空隙就会导致提前断裂。适合纤维浸湿的典型粘度是600CP到2000CP。环氧树脂和固化剂混合物的粘度是高于这个 范围的，可通过加热来降低配方的粘度。然而，根据固化剂类型的不同，加热会加速反应从而降 低施工时间。质量效应环氧树脂和非潜伏类固化剂一混合，化学交联就会开始。与环氧树脂反应较慢的固化剂，比如芳 族胺类或酐类，体系在用量较大的情况下或者在加热的情况下都将保持低粘度。然而，脂肪族胺类，脂环族胺类以及酰胺基胺类体系的粘度会迅速提高，并与配方总质量成比例。 这种粘度的变化在制作工艺中将变得很关键，例如

6、在灯丝电源绕组工艺中，纤维会被从横截面积 很大的配料池中抽出。固化周期正如我们已经提到的，加工温度在决定复合材料最终性能中起到了重要作用。固化时间和温度都 取决于固化剂的选取。脂肪族胺类和酰胺基胺类这几类固化剂在室温下就容易凝胶，但是在室温下进行彻底的固化则需要5到7天的时间。加热复合材料可以将这个时间缩短到几个小时。这类固化剂的固化过程一般是在60C到110C下进行2到4个小时。温度最好不要再高， 因为有些固化剂中含有的增塑剂需要留在热固性材料中，在固化过程中则可以挥发掉。脂环族胺类这类固化剂在室温下将会快速凝胶，但是在室温下要想完全固化是不可能的。凝胶了的材料会表 现的很硬，Tg大约是55

7、 C，但是材料将很脆，且固化度不到60%。推荐对复合材料进行加热 以达到最优性能。这类固化剂通常的固化过程是首先在70 C到90 C之间加热30分钟，随后再在150 C到 170 C保持2到3小时。刚开始最好不要在高温下固化。如果开始加热太快，则复合材料内部就会很快形成一个紧密的交 联网络，使得剩余没有发生反应的基团受到很大的空间阻碍，以致于即使在高温条件也无法反应 完全。最终导致材料无法达到最优性能。芳族胺类这类固化剂在室温下凝胶很慢，但和脂环族胺类似，在室温下完全固化也是不可能的。凝胶的材 料很硬，玻璃化转变温度（Tg）大约是55 C，但材料将容易断裂，且固化度很低。通过加热 复合材料就可

8、以达到最佳性能。这类固化剂通常的固化过程是首先在80 C到90 C放置2小时，然后在150 C到170 C之间温度下放置2到3小时。刚开始最好不要在高温下固化。如果开始加热太快，则复合材料内部就会很快形成一个紧密的交 联网络，使得剩余没有发生反应的基团受到很大的空间阻碍，以致于即使在高温条件也无法反应 完全。最终导致材料无法达到最优性能。IIIGia$ tran$ii-in佗图1:固化剂对环氧类材料Tg的影响酰胺基胺类酰胺基胺类在室温下和液态环氧树脂发生固化，得到的材料的Tg大约是45 C。如果配料在较 高温度下固化，Tg将会上升到80 C或90 C，对于改性酰胺基胺，不会再高。脂肪族胺类脂肪

9、族胺类在室温下和液态环氧树脂发生固化，得到材料的Tg大约是55 C.如果配料在较高 温度下固化，Tg将会上升到100 C或125 C,但不会再高。脂环族胺类脂环族胺类在高温下于液态环氧树脂发生固化，所得材料的Tg在150 C或改性脂环族胺达 170 C，但不会再高。芳族胺类芳族胺类再高温下与液体环氧固化，材料Tg在150 C到170 C之间,但不会再高。潜在固化体系DICY基的潜在固化体系与液态环氧再高温下固化后所得材料Tg可达到125 C到135 C,要看 使用的是什么促进剂。环氧酚醛 在液态环氧树脂中通过加入少量的多功能团的环氧树脂，如环氧酚醛，材料的Tg会有所提高。 但对于某些工艺来说，

10、高粘度则会限制体系浸湿纤维的能力。图2:环氧酚醛的化学结构断裂强度具有多环结构的脂环族胺的断裂韧性是单环脂环族胺的两倍。这类多环的脂环族胺的断裂韧性是 最高的，基于MDA的芳香胺则次之。脂肪族胺胺不同范围的产品具有不同的性能；反应活性高，室温或低温下可以快速固化；对湿度相对不敏感。 具有一定的颜色稳定性；良好的耐化学腐蚀性，尤其是耐溶剂；用于热固化时，具有良好的高温 表现；很好的耐化学腐蚀性并具有良好的电性能和机械性能。二乙烯基三胺(DETA)电N八叫氨乙基哌嗪(AEP)H。吼潮湿条件下进行低温下固化；良好的薄膜性能(如，表面光泽优异)；能够防止胺的喷霜及水斑现 象；良好的颜色稳定性；具有很好的粘接性能和耐化学腐蚀性能；固化时间及贮放时间可选范围 较宽；用于热固化时，具有良好的高温表现；很好的耐化学腐蚀性并具有良好的电性能和机械性 能。芳族胺类酰胺基胺类 不同的酰胺据欧不同的反应活性。低粘度；呈现良好的粘接性能；在潮湿条件下具有良好的固化 性；酰胺改性后能得到更快的固化速度及化学稳定性。潜伏