环氧树脂的性能及其生产原理
实验室k / 2019-05-22
我们先来介绍一下上海某自行车厂两千吨油压机是如何诞生的。为了采用先进的“少无切削”技术,增产冲击模具和零件,需要制造一台两千吨油压机,厂里缺乏大型加工设备;而用整块料制机,一且产生裂缝也会延伸。工人们建议把油压机横梁和底座改为钢板结构,分成小块加工,然后象搭积木一样把它拼起来。但是要吃这么大的力,可用什么方法把这些钢板拼起来呢?如用铆接或螺钉紧固,要打洞,吃力就不均匀。于是他们组织了三结合试验小组,广泛进行调査研究,分析材料性能,计算承受压力,终于用环氧树脂粘合剂把30块钢板一一粘结起来,一台两千吨油压机就这样制造成功了。
为什么环氧树脂能有这么大的本领?环氧树脂作为粘合剂应该如何使用?环氧树脂这类热固性塑料在工农业生产上还有哪些其他用途?我们将对这些问题展开初步的讨论。
在化学结构中含有环氧基团的树脂,叫做环氧树脂。它本身是含有环氧基团的线型高分子化合物,具有热塑性,熔点为145~155℃,不耐水及溶剂,故实用价值不大。当它与有机胺类、酸酐类化合物(俗称硬化剂)作用后,由于分子链中环氧基、羟基的活性,随即进行化学交联,固化成不溶不熔的体型结构,这种体型的热固性树脂具有优良的物理机械性能、电气绝缘性、耐化学腐蚀性和对金属、非金属材料有优异的粘结力。因此,在机械、电气、化工、军事上得到了广泛的应用。
下面简单介绍目前产量最大、用得最广的一个品种——双酚A型环氧树脂的生产过程。它是由环氧氯丙烷和双酚A(即二酚基丙烷)在碱的作用下缩聚而成,其反应式为:
这个反应实际上可以看成酚类在NaOH作用下,首先生成酚钠,然后与环氧氯丙烷反应生成环氧丙基苯醚,如:
如用二元酚:
反应终了后,用水洗去生成的NaCl,再脱水即得树脂。根据反应时所用原料的配比,制得的环氧树脂分子量可由400~4500不等,外观可是粘稠的液体到固体。
这种树脂本身不因受热、阳光或氧的影响引起任何反应,这对储藏有极大好处。此外,环氧树脂能溶于丙酮、戊醇、乙二醇、甲苯、二甲苯、环己酮等溶剂中,故常用它们来降低树脂的粘度,以便于使用。