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淺析乙烯酯樹(shù)脂及環(huán)氧樹(shù)脂
一、乙烯酯樹(shù)脂
乙烯萊斯特樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)與聚酯相似，但其反應(yīng)位點(diǎn)的位置主要不同，這些反應(yīng)位點(diǎn)*位于分子鏈的末端。由于分子鏈的整個(gè)長(zhǎng)度都可以吸收沖擊載荷，這使得乙烯萊斯特樹(shù)脂比聚酯更堅(jiān)韌和更有彈性。乙烯酯分子的酯基也更少。這些酯基易因水解而被水降解，這意味著乙烯酯比其聚酯對(duì)應(yīng)物表現(xiàn)出更好的耐水和許多其他化學(xué)物質(zhì)的性能，并且經(jīng)常在管道和化學(xué)儲(chǔ)罐等應(yīng)用中被發(fā)現(xiàn)。
與聚醚相比，乙烯酯中酯基的數(shù)目減少，樹(shù)脂不易被水解破壞。因此，這種材料有時(shí)被用作浸泡在水中的聚酯層壓板的屏障或“皮膚”涂層，例如在船體中。乙烯酯固化的分子結(jié)構(gòu)也意味著它往往比聚酯更堅(jiān)韌，盡管要真正實(shí)現(xiàn)這些性能，樹(shù)脂通常需要有一個(gè)較高的溫度固化后。
二、環(huán)氧樹(shù)脂
環(huán)氧樹(shù)脂的大家族**了目前可用的一些比較高性能的樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂在機(jī)械性能和抗環(huán)境退化方面通常優(yōu)于大多數(shù)其他類型的樹(shù)脂，這導(dǎo)致它們幾乎只用于飛機(jī)部件。作為一種復(fù)合樹(shù)脂，它們?cè)黾拥恼澈闲阅芎涂顾到庑允惯@些樹(shù)脂非常適合用于造船等應(yīng)用。在這里，環(huán)氧樹(shù)脂被***用作高性能船舶的主要建筑材料，或作為船體護(hù)套或替代水降解聚酯樹(shù)脂和膠衣的二次應(yīng)用。
術(shù)語(yǔ)“環(huán)氧樹(shù)脂”指的是一種化學(xué)基團(tuán)，由一個(gè)氧原子和兩個(gè)已經(jīng)以某種方式結(jié)合的碳原子組成。**簡(jiǎn)單的環(huán)氧樹(shù)脂是三元環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為“α -環(huán)氧樹(shù)脂”或“1,2-環(huán)氧樹(shù)脂”。
通?？赏ㄟ^(guò)其特有的琥珀色或棕色來(lái)識(shí)別，環(huán)氧樹(shù)脂具有許多有用的性能。液體樹(shù)脂和固化劑形成低粘度易加工的體系。環(huán)氧樹(shù)脂在5°C至150°C的任何溫度下都能容易快速固化，這取決于固化劑的選擇。環(huán)氧樹(shù)脂**有利的特性之一是其在固化過(guò)程中的低收縮率，從而比較大限度地減少織物的“穿透打印”和內(nèi)應(yīng)力。高粘接強(qiáng)度和高機(jī)械性能也增強(qiáng)了高電絕緣和良好的耐化學(xué)性。環(huán)氧樹(shù)脂可用作粘合劑、嵌縫化合物、鑄造化合物材料，密封劑，清漆和油漆，以及覆膜樹(shù)脂的各種工業(yè)應(yīng)用。
環(huán)氧樹(shù)脂由長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)形成，類似于乙烯酯，兩端有反應(yīng)位點(diǎn)。然而，在環(huán)氧樹(shù)脂中，這些活性位點(diǎn)是由環(huán)氧基而不是酯基形成的。酯基的缺失意味著環(huán)氧樹(shù)脂具有特別好的耐水性。環(huán)氧分子在其中心還含有兩個(gè)環(huán)基團(tuán)，它們能夠比線性基團(tuán)更好地吸收機(jī)械和熱應(yīng)力，因此賦予環(huán)氧樹(shù)脂非常好的剛度、韌性和耐熱性能。
環(huán)氧樹(shù)脂與聚酯樹(shù)脂的不同之處在于，它們是由“硬化劑”而不是催化劑固化的。硬化劑通常是胺，通過(guò)“加成反應(yīng)”來(lái)固化環(huán)氧樹(shù)脂，兩種材料都發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。這種反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)意味著通常有兩個(gè)環(huán)氧基與每個(gè)胺基結(jié)合。這形成了一個(gè)復(fù)雜的三維分子結(jié)構(gòu)。
由于胺分子以固定比例與環(huán)氧分子“共同反應(yīng)”，因此必須在樹(shù)脂和固化劑之間獲得正確的混合比例，以確保發(fā)生完整的反應(yīng)。如果胺和環(huán)氧樹(shù)脂沒(méi)有以正確的比例混合，未反應(yīng)的樹(shù)脂或硬化劑將留在基體中，這將影響固化后的**終性能。為了幫助樹(shù)脂和硬化劑的準(zhǔn)確混合，制造商通常制定一個(gè)簡(jiǎn)單的混合比例，通過(guò)測(cè)量重量或體積很容易得到。
三、凝膠，固化和后固化
隨著催化劑或硬化劑的加入，樹(shù)脂將開(kāi)始變得更粘稠，直到它達(dá)到不再是液體并失去流動(dòng)能力的狀態(tài)。這就是凝膠點(diǎn)。樹(shù)脂在凝固后會(huì)繼續(xù)變硬，直到一段時(shí)間后，它獲得了全部的硬度和性能。這個(gè)反應(yīng)本身伴隨著放熱的產(chǎn)生，這反過(guò)來(lái)又加快了反應(yīng)的速度。整個(gè)過(guò)程被稱為樹(shù)脂的“固化”。固化的速度是由聚酯或乙烯酯樹(shù)脂中促進(jìn)劑的數(shù)量和環(huán)氧樹(shù)脂中固化劑的類型而不是數(shù)量來(lái)控制的。一般來(lái)說(shuō)，與相同工作時(shí)間的環(huán)氧樹(shù)脂相比，聚酯樹(shù)脂產(chǎn)生更嚴(yán)重的放熱和更快的初始力學(xué)性能發(fā)展。
然而，對(duì)于這兩種樹(shù)脂類型，都可以通過(guò)加熱來(lái)加速固化，因此溫度越高，**終硬化發(fā)生的速度就越快。當(dāng)在室溫下需要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的固化時(shí)，這可能是**有用的。對(duì)于熱對(duì)樹(shù)脂的加速作用，一個(gè)快速的經(jīng)驗(yàn)法則是:溫度增加10°C，反應(yīng)速度大約會(huì)增加一倍。因此，如果樹(shù)脂在20°C的25分鐘內(nèi)在層壓板中凝膠，它將在30°C的12分鐘內(nèi)凝膠，提供沒(méi)有額外的放熱發(fā)生。在高溫下固化具有額外的優(yōu)勢(shì)，它實(shí)際上提高了材料的**終機(jī)械性能，許多樹(shù)脂體系將無(wú)法達(dá)到其**終機(jī)械性能，除非樹(shù)脂被給予這種“后固化”。后固化包括在初始室溫固化后增加層壓溫度，這增加了可以發(fā)生的分子交聯(lián)的數(shù)量。在某種程度上，這種后固化在溫暖的室溫下會(huì)自然發(fā)生，但如果使用更高的溫度，則會(huì)獲得更高的性能和更短的后固化時(shí)間。對(duì)于材料的軟化點(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)尤其如此，它在一定程度上隨著固化后溫度的增加而增加。
來(lái)源：復(fù)合材料前言
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