3、环氧树脂
环氧树脂家族产品众多,是目前广为应用的高性能树脂的代表。与其它树脂相比环氧树脂具有更高的机械性能,更好的环境稳定性和防降解性,这些优异的性能决定了环氧树脂成为飞机部件制造的首选材料。优异的粘结性能和防水性使其在造船行业同样得到广泛应用。
环氧基团是由一个氧原子和两个碳原子构成,最简单的环氧是三原子环形结构,被称为α-环氧或1,2-环氧,典型的分子结构如下图所示。
环氧树脂呈棕褐色,根据固化剂的不同其固化温度可以从5度到150度。环氧树脂的优点之一就是其低收缩率,有效地减少了表面收缩织纹和内应力。环氧树脂同时还具备高粘结性,高机械性能,高电绝缘性和化学稳定性。大量用于食品罐涂装,涂料和胶粘剂等。
环氧树脂的分子结构与乙烯基酯类似,活性基团同样分布在分子链段的两端。不同的是环氧树脂中的活性基团是环氧基而不是酯基,不含有酯基使环氧树脂具有优异的防水性能。分子结构中包含的两个苯环比线性结构可以吸收更多的外部能量,使环氧树脂具有更好的刚性,韧性和热稳定性。
下图显示了环氧树脂的典型分子结构,表明了酯基和活性基团的位置。
环氧树脂的固化原理与聚酯树脂不同,通过与固化剂而不是催化剂反应进行。固化剂(常见是胺类)与树脂发生反应完成固化过程。通常分子结构中含有两个环氧基团分别与氨基发生反应并形成三维分子结构,如下图所示。
使用中需要注意树脂和固化剂混合比例的控制,如果配比不当就会导致多余的树脂或固化剂残留在基体中影响最终的性能。为了便于使用树脂供应商通常会提供两组分的重量比或体积比供参照。
4、其它树脂系统
除了常用的三种树脂系统外,还有一些树脂因为具有独特的性能而得到了应用。
酚醛树脂
主要用在对阻燃性要求较高的场合,酚醛树脂的耐高温性能较好。固化过程中的浓缩特性使得表面会出现一些孔洞类缺陷。酚醛树脂脆性较大,机械性能不高。
氰酸酯
主要用于航天航空工业,这种材料优异的介电性能非常适合与低介电性石英纤维配合使用制造雷达天线屏蔽罩。耐温可达200度。
硅树脂
分子结构中采用硅取代碳作为主链基本元素,具有优异的阻燃性和耐高温性,需要高温固化。应用于导弹制造中。
聚亚胺酯
高韧性材料,因其压缩性能较差而常与其它树脂混合使用,使用异氰酸酯作为固化剂。
双马来酰亚胺
主要用于航天工业中需要耐高温的场合(230度潮湿条件,250度干燥条件)。如发动机进气口,高速飞机表层。
聚酰亚胺
主要用于超高温度下(250度潮湿条件,300度干燥条件)。例如导弹和航空发动机部件价格昂贵(>£80/kg) ,制造时使用毒性原料。聚酰亚胺固化过程中释放小分子水,脆性较大,PMR15和LaRC160是复合材料工业中常用的两种聚酰亚胺树脂。