环氧树脂的主要应用领域.doc
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环氧树脂的主要应用领域
环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。
因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料，在国民经济的各个领域中得到广泛的应用。
①涂料
环氧树脂在涂料中的应用占较大的比例，它能制成各具特色、用途各异的品种。
其共性：
（1）耐化学品性优良，尤其是耐碱性。
（2）漆膜附着力强，特别是对金属。
（3）具有较好的耐热性和电绝缘性。
（4）漆膜保色性较好。
但是双酚A型环氧树脂涂料的耐候性差，漆膜在户外易粉化失光又欠丰满，不宜作户外用涂料及高装饰性涂料之用。
因此环氧树脂涂料主要用作防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆，但杂环及脂环族环氧树脂制成的涂料可以用于户外。
②胶粘剂
环氧树脂除了对聚烯烃等非极性塑料粘结性不好之外，对于各种金属材料如铝、钢、铁、铜；非金属材料如玻璃、木材、混凝土等；以及热固性塑料如酚醛、氨基、不饱和聚酯等都有优良的粘接性能，因此有万能胶之称。
环氧胶粘剂是结构胶粘剂的重要品种。
环氧树脂胶粘剂的主要用途见表l-1、表l-2及表l-3。
表1-1 环氧树脂胶粘剂的主要用途
应用领域
被粘材料
主要特征
主要用途
土木建筑
混凝土，木，金属，玻璃，热固性塑
低黏度，能在潮湿面（或水中）固化，低温固化性
混凝土修补（新旧面的衔接），外墙裂缝修补，嵌板的粘结，下水道管的连接，地板粘结，建筑结构加固。
电子电器
金属、陶瓷，玻璃，FRP等势固性塑料
电绝缘性、耐湿性，耐热冲击性，耐热性，低腐蚀性
电子元件，集成电路，液晶屏，光盘，扬声器，磁头，铁芯，电池盒，抛物面天线，印制电路板
航天航空
金属，热固性塑料，FRP（纤维增强塑料）
耐热，耐冲击，耐湿性，耐疲劳，耐辐射线
同种金属、异种金属的粘接，蜂窝芯和金属的粘接，复合材料，配电盘的粘接
汽车机械
金属，热固性塑料，FRP
耐湿性，防锈，油面粘接，耐磨耐久性（疲劳特性）
车身粘结，薄钢板补强，FRP粘结，机械结构的修复、安装
体育用品
金属，木，玻璃，热固性塑料，FRP
耐久性，耐冲击性
滑雪板，高尔夫球杆，网球拍
其他
金属，玻璃，陶瓷
低毒性，不泛黄
文物修补，家庭用
③电子电器材料
由于环氧树脂的绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点，已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用，发展很快。
主要用于：
（1）电器、电机绝缘封装件的浇注。
如电磁铁、接触器线圈、互感器、干式变压器等高低压电器的整体全密封绝缘封装件的制造。
在电器工业中得到了快速发展。
从常压浇注、真空浇注已发展到自动压力凝胶成型。
表1-2 环氧胶粘剂在土木建筑上的主要用途
工程类别
粘接对象
典型用途
主要组成
基础结构
岩石—岩石
金属—石或混凝土
金属—混凝土
金属—金属
疏松岩层的补强、基础加固、预埋螺栓、底脚等，柱子、桩头、接长、悬臂梁加粗、桥梁加固、路面设施敷设
环氧—稀释剂—改性胺
环氧—填料—改性胺
双酚S环氧—缩水甘油胺树脂—丁基橡胶—改性胺
地面
瓷、花岗石—混凝土
金属—混凝土
砂石—混凝土
PVC—橡胶—金属
耐腐蚀地坪制造中粘结构及勾缝；地面防滑和美化、净化；地板的铺设
环氧—填料—改性胺
环氧—聚硫橡胶—改性胺
丙烯酸酯—环氧共聚乳液
维修
混凝土、钢筋、灰浆
堤坝、闸门、建筑物的裂缝、缺损、起壳的修复，新旧水泥粘接
环氧—糖醇—改性胺
环氧—沥青—改性胺
环氧—活性石灰—改性胺
装璜
金属、玻璃、大理石、瓷砖有机玻璃、聚碳酸酯
墙面、门面、招牌、广告牌的安装和装潢
环氧—聚氯酯
环氧—有机硅橡胶
给排水
金属、混凝土
管道、水渠衬里，管接头密封
环氧—改性芳香胺
表1-3 环氧胶粘剂在汽车上的主要用途
用途
被粘材料
粘结部位
典型组成
卷边、点焊
钢板—钢板
发动机罩、门、行李箱底
单组分、环氧—聚氯酯
补强
钢板—FRP
钢板—发泡材料
门中部
门把手
环氧—偏硼酸三甲酯
环氧—聚酰胺
结构粘接
碳、玻璃纤维，钢，生铁
驱动轴、刹车片
单组分环氧原浆料
粘结密封
FRP—涂装钢板
车顶—窗框
环氧—聚硫橡胶
装饰粘接
聚丙烯酸酯—聚丙烯
后背灯座
改性环氧树脂
（2）广泛用于装有电子元件和线路的器件的灌封绝缘。
已成为电子工业不可缺少的重要绝缘材料。
（3）电子级环氧模塑料用于半导体元器件的塑封。
近年来发展极快。
由于它的性能优越，大有取代传统的金属、陶瓷和玻璃封装的趋势。
（4）环氧层压塑料在电子、电器领域应用甚广。
其中环氧覆铜板的发展尤其迅速，已成为电子工业的基础材料之一。
此外，环氧绝缘涂料、绝缘胶粘剂和电胶粘剂也有大量应用。
④工程塑料和复合材料
环氧工程塑料主要包括用于高压成型的环氧模塑料和环氧层压塑料，以及环氧泡沫塑料。
环氧工程塑料也可以看作是一种广义的环氧复合材料。
环氧复合材料主要有环氧玻璃钢（通用型复合材料）和环氧结构复合材料，如拉挤成型的环氧型材、缠绕成型的中空回转体制品和高性能复合材料。
环氧复合材料是化工及航空、航天、军工等高技术领域的一种重要的结构材料和功能材料。
⑤土建材料
主要用作防腐地坪、环氧砂浆和混凝土制品、高级路面和机场跑道、快速修补材料、加固地基基础的灌浆材料、建筑胶粘剂及涂料等。
环氧树脂应用发展概况
1998年世界环氧树脂消费量为119.4×104t年。
在过去几年里年均增长率为3.3％。
其中美国、西欧、日本环氧树脂的消费量约80×104t焊，约占世界总消费量的67％。
预计2005年世界环氧树脂总消费量将达到156×104t年，其年均增长率约为3.9％。
由于以上三个国家及地区为世界环氧树脂主要生产和消费者，由此本文只重点分析美国、西欧、日本环氧树脂的消费构成。
总的来看，美国、西欧主要以涂料为主，日本则以电子、电气为主。
1998年世界主要国家及地区环氧树脂消费（×104t年）
应用领域
美国
西欧
日本
总计
涂料
16.2
17.0
5.6
38.8
电子电气
5.7
8.3
6.1
20
复合材料
2.4
2.3
0.6
5.3
建筑行业
2.4
4.7
1.2
8.3
粘合剂
1.8
1.5
0.9
4.2
其他
1.5
1.2
0.7
3.4
总计
30
35.0
15.0
90
②国内环氧树脂生产及市场分析
我国从20世纪50年代末开始研制生产环氧树脂。
目前通用型环氧树脂产量占90％-95％。
特种环氧树脂的比例远远低于世界发达国家。
国内环氧树脂生产厂家约有一百多家。
1998年生产能力约为12×104t年。
20世纪90年代初期至中期我国环氧树脂进口量在较大幅度的增长。
1994～1999年我国环氧树脂进口年均增长率高达21%。
进口环氧树脂主要消费在珠江三角洲等沿海地区。
近几年进口的环氧树脂中主要是电工浇铸专用环氧树脂，电子无器件封装用环氧树脂，粉末涂料和汽车用泳漆用环氧树脂。
我国环氧树脂主要从台湾、日本、美国、韩国进口。
1998年海关统计数据表明，以上四个国家和地区出口到中国的环氧树脂占中国总进口量的89%。
中国环氧树脂出口量近几年稳中有升，但涨幅不大。
中国环氧树脂进出口详见表1-8。
我国近几年环氧树脂产量、进出口及表观消费（万吨）
年代
产量
进口
出口
表观消费
1994
1.9
3.2
0.04
5.06
1995
4.0
3.3
0.07
7.23
1996
3.6
4.6
0.13
8.07
1997
4.2
5.8
0.26
9.74
1998
5.0
7.3
0.38
11.92
1999
6.0
9.8
0.41
16.21
2000
8.5
-
-
-
1998年我国环氧树脂主要进出口国家和地区及进口量 （吨）
国家的地区
进口量
出口量
国家和地区
进口量
出口量
中国台湾省
33905
20
泰国
840
-
日本
13454
18
香港
831
2611
美国
8802
7
加拿大
676
-
韩国
8605
62
英国
480
-
瑞士
232
-
马来西亚
266
12
德国
1540
1
法国
43
810
荷兰
1187
-
其它
781
470
新加坡
867
-
合计
72509
4011
我国环氧树脂消费领域与国外基本相同，主要分为以下几个领域。
涂料行业、复合材料、电子电气行业、粘合剂、其他。
1998年全国环氧树脂总消费量为12万吨/年，其中大部分是通用型环氧树脂，特种和功能型环氧树脂消费比例较低。
1998年其他领域消费环氧树脂约为0.1万吨，预计2005年将达到0.3万吨。
国内环氧树脂消费构成（×万吨/年）
应用领域
涂料
复合材料
电子、电气
粘合剂
其他
总计
1998年消费量
5.5
4.5
1.5
0.4
0.1
12
环氧树脂应用技术开发动向
环氧树脂技术开发动向向高性能化、高附加值发展，重视环境保护和生产的安全性。
特殊结构环氧树脂和助剂产品向着精细化、功能化、能在特殊环境下固化发展。
固化产物具有高韧性、高强度、耐辐照、耐高低温方向发展。
由此特种树脂、固化剂、稀释剂的品种将会有更大发展，形成多品种小批量的生产格局。
随着高分子物理学近期的发展，品种的发展已集中于采用化学或非化学合成的方法，通过共混、合金的手段来制得环氧-橡胶、环氧-热塑性塑料、各种有机无机的填充料复合物以及环氧树脂基无机纳米复合材料。
①涂料
环氧涂料的发展趋势是降低话染、提高质量和安全性、开拓功能住。
重点开发罐用涂料t防腐涂料、功能性涂料和环保型涂料及其推广应用。
特别是其中水性环氧体系的品种开发和质量提高，将会在汽车工业（如电泳涂料）、家电行业、食品行业（如罐用涂料）、化学工业（如防腐涂料）、建筑行业（如地坪涂料、建筑胶黏剂、环氧砂浆及混凝土）等应用领域获得突破性进展。
②电子材料
随着电子设备向小型化、轻量化、高性能化和高功能化的发展，电子器件也相应向高集成化、薄型化、多层化方向发展，因此要求提高环氧封装材料和覆铜扳的耐热性、介电性能和韧性，降低吸水性和内应力。
当前开发的重点是高纯度、高耐热性、低吸水性和高韧性的环氧树脂和固化剂。
例如在环氧树脂和固化剂中引入案、双环戊二烯、联苯、联苯醚、芴等骨架可大大提高环氧固化物的耐部件和电性能，降低明水率。
此外、开演阴燃环气体系的研究开发也引起园内外的极大关注。
③高性能环氧复合材料
高性能环氧复合材料的研究重点是提高耐湿热性、冲击后压缩强度及层间力学性能。
为了提高耐湿热性，正如同环氧电子材料那样，可向环氧树脂和固化剂中引入荼、双环戊二烯、联苯、联苯醚、苗等骨架。
为了提高冲击后压缩强度和居间力学性能，可采用提高环氧固化物断裂韧性的方法，通常是在环氧树脂中加入橡胶或耐热性热塑性树脂，形成海岛结构或互穿网络结构的多相体系。
④防火性环氧材料
恶性火灾的不断发生使人们逐渐认识到材料仅具有阻燃性还远远不能达到防止火灾的目的。
对飞机材料率先提出应具有防火性要求，即具有难燃（阻燃）、少烟、低毒（产生的气体毒性小）、低热释放率等性能要求。
防火性环氧材料的研制开发，不仅对航空、航天，而且对车辆、船舶、家电、高层及公共场所建筑等领域都具有极大的重要性。
⑤液晶环氧树脂
液晶环氧树脂是一种高度分子有序、深度分子交联的聚合物网络，它融合了液晶有序与网络交联的优点，与普通环氧树脂相比，其耐热性、耐水性和耐冲击性都大为改善，可以用来制备高性能复合材料；同时，液晶环氧树脂在取向方向上线膨胀系数小，而且其介电强度高、介电损耗小，可以使用在高性能要求的电子封装领域，是一种具有美好应用前景的结构和功能材料，受到国内外的重视。
液晶环氧树脂的研究开始较晚，尚不成熟。
从理论角度而言，固化工艺对固化过程中体系有序度的影响是值得深入研究的一个问题。
初始反应体系的相态可以影响反应速度，而反应速度的快慢也影响到固化树脂的有序度，需要有确切的有序度和交联度的数据，目前尚未解决。
从性能研究和开发角度而言，尚未有系统地表征液晶环氧树脂力学和电性能的报道，同时，利用液晶环氧树脂对普通环氧树脂进行改性是实现环氧树脂高性能化的一个可行途径，具有重要的应用价值。
⑥环氧树脂无机纳米复合材料
纳米材料和纳米复合材料是近20年来迅速发展起来的一种新型高性能材料，是当今新材料研究中活力最大、对未来经济和科技发展有十分重要影响的领域。
日本把它列为材料科学四大研究任务之一，美国“星球大战”、欧洲“尤里卡”计划均将它列为重点项目，我国在攀登计划中也设立了纳米材料学科组。
纳米材料是一种超细粒子材料，其粒径为1-l00mm。
因此，它的比表面积很大，表面能很高，表面原子严重配位不足，具有很强的表面活性和超强吸附能力。
并具有常规材料所不具有的特殊性能，如体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等。
从而使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性等，以及特殊的光学性质、催化性质、光催化性质、光电化学性质、化学反应性质、化学反应动力学性质及特殊的物理机械性质。
纳米材料的应用将是传统材料，尤其是功能材料的一次革命。
纳米材料用于复合材料中也将使复合材料的发展产生难以预料的巨大变化。
纳米复合材料（nanocomposite）可分为两大类，一类是由金属/陶瓷、金属/金属、陶瓷/陶瓷组成的无机纳米复合材料；另一类是由聚合物/无机、聚合物/聚合物组成的聚合物纳米复合材料。
聚合物纳米复合材料的研究起步较晚，但近2—3年发展相当迅速。
用于环氧树脂纳米复合材料的无机纳米材料有Si02、Ti02、Al2O3、CaCO3、ZnO、黏土等。
初步研究结果表明，纳米材料能大大提高环氧复合材料的力学性能、耐热性、韧性、抗划痕能力等性能，能同时达到提高耐热性和韧性的效果。
当前环氧纳米复合材料的研究重点是纳米材料在基体中均匀分散的方法；复合方法、复合效应、复合规律和复合机理的研究；环氧纳米复合材料的应用研究。
纳米材料和技术为环氧涂料、胶粘剂、电子材料、塑料、复合材料和功能材料的发展增添了高科技含量，开辟了一条新的途径，必将使环氧材料的发展和应用产生巨大的变化。
⑦蔗糖基环氧单体和环氧化合物
两组蔗糖基环氧单体，命名为环氧烯丙基蔗糖（EAS）和环氧丁烯基蔗糖（ECS），分别由辛烷氧基辛丙基蔗糖（OAS）和辛烷氧基丁烯基蔗糖（OCS）环氧化制备。
合成和结构特性研究表明，新型环氧单体是结构同分异构体和非对称异构体构成的混合物，每个蔗糖分子上含有各不相同数量的环氧基。
EAS和ECS可制备成平均每个蔗糖分子含1至8个环氧基的环氧化合物。
二乙烯三胺（DETA）固化的蔗糖基环氧聚合物大约在320℃开始降解，它可粘接铝材、玻璃和钢材。
相对搭接抗剪试验（ASTMD100294）表明，DETA固化环氧烯丙基蔗糖，每个蔗糖分子平均3.2个环氧基团（EAS-3.2），其固化物与双酚A二缩水甘油醚相比属于弹性粘接，而DETA固化ECS-7.3性能比DGEBA和EAS-3.2都好。
所有蔗糖基环氧都可以交联固化且溶于水、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮和二氯甲烷。
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