环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯三种材料特性与应用的全面对比分析
发布时间：
2023-10-24 18:55:53
环氧树脂，也被称为Epoxy Resin，是一类包含两个或以上环氧基的化合物。在适当的化学剂作用下，这些化合物能够形成三维网络状固化物，从而展现出重要的热固性树脂特性。
环氧树脂的研发历史可追溯至1938年，当时P.Castam在瑞士申请了相关专利。随后，汽巴公司在1946年研制出早期的环氧粘接剂，而美国S.O.Creentee在1949年则开发出环氧涂料。直至1958年，我国也开始进行环氧树脂的工业化生产。
双酚A型环氧树脂具有多项显著优点，包括其与固化剂配合使用后的高粘接强度、小固化收缩率、优良的耐化学性能、电绝缘性以及良好的工艺性。然而，它也存在一些不足，如操作粘度大、固化物性脆、剥离强度低、耐机械冲击和热冲击差，以及耐候性欠佳等。
（6）环氧树脂的低温固化性能欠佳，通常需要在10℃以上的环境下才能有效固化，而在10℃以下则固化进程缓慢，这给大型物体如船舶、桥梁、港湾和油槽等在寒季的施工带来了诸多不便。
（1）涂料工业：环氧树脂在涂料领域的需求量极大，其广泛应用于管道容器、汽车、船舶、航天、电子、玩具、工艺品等多个行业。
（2）电子电器工业：环氧树脂胶在电气绝缘材料如整流器、变压器的密封灌注中发挥着关键作用，同时还可用于电子元器件的密封保护、机电产品的绝缘处理与粘接等。
（3）五金饰品与工艺品行业：环氧树脂可用于标牌、饰品、商标、五金制品以及运动用品的制造。
（4）光电行业：环氧树脂适用于发光二极管（LED）、数码管等电子显示屏产品的封装、灌注和粘接。
（5）建筑工业：环氧树脂在道路、桥梁、地坪、钢铁结构等建筑的建造与修补中发挥着重要作用。
（6）胶粘剂、密封剂和复合材料领域：聚氨酯胶粘剂分子链中的氨基甲酸酯基团或异氰酸酯基团使其具有优异的粘接性能，广泛应用于风力发电机叶片、工艺品、陶瓷、玻璃等物质的粘接以及碳纤维板材的复合和微电子材料的密封等领域。
聚氨酯，又称聚氨基甲酸酯，是一类主链上含有较多氨基甲酸酯基团的大分子化合物，简称PU。聚氨酯胶粘剂则是指分子链中包含氨基甲酸酯基团或异氰酸酯基团的胶粘剂，具有优异的粘接性能。
聚氨酯的研发历史可追溯至1937年，当时德国科学家Otto Bayer首次成功合成聚氨酯。随后，聚氨酯在多个领域如涂料、胶粘剂、弹性体等得到了广泛的应用与发展。
1849年，德国化学家Wurts通过复分解反应，用烷基硫酸盐与氰酸钾合成了脂肪族异氰酸酯化合物，这标志着异氰酸酯化合物的首次成功合成。随后，在1850年，德国化学家Hoffman又用二苯基甲酰胺合成了苯基异氰酸酯，进一步丰富了异氰酸酯的合成方法。到了1884年，Hentschel发明了用胺或胺盐与光气反应来合成异氰酸酯的工业方法，这一发现为后来的聚氨酯合成奠定了坚实基础。
1937年，德国化学家Bayer利用异氰酸酯与多元醇反应，首次制得了聚氨酯树脂。这一重大突破使得聚氨酯胶粘剂得以工业化生产，并在第二次世界大战期间由拜耳公司应用于坦克履带等军事领域。此后，聚氨酯技术逐渐传播到美国和日本，并得到了进一步的发展。
在我国，聚氨酯的研究与生产也取得了显著进展。自1956年研制并生产三苯基甲烷三异氰酸酯（列克纳胶）以来，我国聚氨酯工业经历了从无到有、从弱到强的转变。特别是1994年国家批准成立“中国聚氨酯工业协会”及其下属的“聚氨酯胶黏剂委员会”后，该委员会成为了全国聚氨酯胶黏剂技术与信息交流的重要平台。
聚氨酯的合成原料主要包括异氰酸酯、多元醇及添加剂。其合成方法多样，其中一步法因工艺简单、投资少而受到广泛青睐。聚氨酯材料具有优异的耐磨性、低温柔软性以及性能可调节范围广泛等特点，同时其机械强度大、粘接性好、弹性好且复原性优良。此外，聚氨酯还展现出优良的耐候性、耐油性及耐生物老化性，且价格适中，是一种性价比极高的材料。
（4）聚氨酯的工艺性能优异，固化后的胶层硬度大、透明度高、光泽度好，能够在室温下加压快速固化，且耐热性和电性能均表现良好。
（5）聚氨酯还展现出出色的耐油性和耐寒性。
然而，它也存在一些不足，如收缩率较大、胶粘强度不够高，以及在耐化学介质和耐水性方面表现较差。因此，它主要被用作非结构胶粘剂，并且不能长时间耐热。此外，浅色配方的聚氨酯容易受到紫外光的影响而老化，单组分胶的贮存稳定性也容易受到包装和外界条件的影响，通常固化速度较慢，在高温环境下还可能产生气泡和裂纹。另外，许多应用场合都需要使用底涂剂。
聚氨酯在多个领域都有广泛的应用，包括复合材料与金属框架的粘接、汽车的粘接填缝、玻璃纤维增强塑料与金属的粘接等。它还可以作为密封粘胶剂、反应性热熔胶和次贷粘胶剂使用。此外，聚氨酯在宇航、电子电气、金属材料、包装材料、造船、纺织、橡胶、塑料、陶瓷、建筑和汽车等行业也发挥着重要作用。同时，聚氨酯还可以用于挤塑聚苯乙烯泡沫与钢板、铝板、硅酸钙及水泥墙壁的粘接。
丙烯酸酯简介
丙烯酸酯是一类重要的化学物质，其化学式为C4H5OOR。它是由丙烯酸及其同系物与醇类反应生成的酯类化合物。丙烯酸酯胶黏剂是以各种丙烯酸酯为基料，经过化学反应精制而成。这种胶黏剂色泽清浅，具有良好的耐水性、耐环境侵蚀性以及抗变色性，且性能易于调节。
丙烯酸酯胶黏剂的发展历程
自20世纪50年代EASTMAN公司首次发明丙烯酸酯胶粘剂以来，该领域经历了多次技术革新。最初的产品以过氧化苯甲酰/芳香胺为氧化还原体系，但存在性脆的缺点。后来，美国杜邦公司在1975年推出了第二代丙烯酸酯胶粘剂，也称为改性丙烯酸酯胶粘剂。新体系采用过氧化氢型过氧化物为引发剂，配合DuPont 808醛胺缩合物促进剂，使得单体与弹性体之间发生接枝反应，从而显著提高了剥离强度和冲击强度。
1968年，德国拜尔公司率先成功开发出光固化涂料，这为欧洲进一步研发UV固化胶粘剂，即第三代丙烯酸酯胶黏剂，奠定了基础。这种胶黏剂不仅固化速度极快，还具有环保优势。随后，在20世纪70至80年代，丙烯酸胶黏剂逐步实现了工业化。
目前，第一代丙烯酸酯胶的应用已较为罕见，大多被第二代产品所取代。然而，第三代丙烯酸酯胶（UV胶）在应用领域上与第二代产品存在显著差异，已形成了独具特色的体系。
此外，丙烯酸酯胶黏剂还可根据不同的分类标准进行细分。例如，按代分类可分为第一代、第二代和第三代；按涂布方式分类则包括底涂型、双主剂型和微胶囊型等。同时，根据其性能和应用领域的不同，丙烯酸酯胶黏剂也可进一步细分。
主要优点包括室温下快速固化、低温固化能力、广泛的粘接适用性、对被粘接材料表面处理的宽松要求，以及高粘接强度等。然而，它也存在一些缺点，如单体气味和毒性、对丙烯酸或甲基丙烯酸的腐蚀性问题、不适合大面积粘接和不适合大间隙的粘接和灌封等。
（5）耐热与耐候性尚待提升。
丙烯酸酯胶黏剂在多个领域都有广泛的应用。在交通行业，它常被用于汽车、大型卡车、游艇、机车制造中的结构粘接，以及飞机的结构修补。此外，在机电行业，丙烯酸酯胶黏剂也被用于直流电机磁钢与金属的粘接，电梯轿厢不锈钢与加强筋的粘接等。同时，它在电声行业也有显著的应用，特别是在扬声器的装配上。此外，建筑行业也是丙烯酸酯胶黏剂的一个重要应用领域，如建筑物加固和结构改造的钢筋锚固，玻璃及金属幕墙后加埋件的安装等。
UV胶，作为第三代丙烯酸酯胶黏剂的进一步发展，具有独特的优势。它单组分设计，使用方便，且固化速度极快，通常只需几至几十秒钟，大大提高了生产效率。同时，UV胶还具有出色的强度和透明度，且无溶剂、低气味，对环境友好。然而，它也有一些使用上的限制，如被粘基材必须有一个面是可透光的，需要对紫外线进行防护，以及受到设备尺寸和被粘物形状的限制等。尽管如此，UV胶在光电领域、电子领域、医疗领域以及日用品领域都有着广泛的应用。
在耐磨性方面，聚氨酯显示出优良的耐磨性及低温柔软性，而丙烯酸酯则稍逊于聚氨酯，但优于环氧树脂。在弹性方面，聚氨酯具有优良的弹性及复原性，而丙烯酸酯也表现出较好的弹性。在粘接性方面，聚氨酯和环氧树脂都表现出高粘接强度，而丙烯酸酯在这方面的性能也相当出色。因此，在选择胶黏剂时，需要根据具体的应用需求来综合考虑各种性能因素。
固化反应放热激烈，不适用于大间隙的粘接和灌封。
在耐候性方面，该胶黏剂表现出色，预计使用寿命可达15-30年。
操作方面，其固化时间可控，低温性能优越，且几乎无刺激性气味。
然而，固化速度过快，可能不适合大面积的粘接。在低温环境下，该胶黏剂仍能保持出色的固化性能，且会释放出强烈的刺激性气味。
此外，该胶黏剂的毒性和腐蚀性较低，不会对产品造成损害。同时，它还展现出良好的耐油寒热性能。
在耐水化学性方面，该胶黏剂的水耐性良好，但化学性能稍显不足。其收缩率较小，电绝缘性则非常优秀。
对于表面处理，只需擦净油污水渍灰尘即可进行粘接。在粘木板时，需进行脱水处理以获得最佳粘接效果。
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