加载中…环氧树脂的结晶过程
(2014-06-28 17:08:09)
标签：
环氧树脂结晶 |
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介绍
Introduction
在常温条件下，液体双酚A环氧树脂(DGEBA，Digycidylether of
Bis-phenol-A)和液体双酚F环氧树脂(DGEBF，Digycidylether of Bis-phenol-F)
，都是过冷液体(supercooled liquid)。也就是说，它们在常温下本该是固体，但通常在其凝固温度下保持液体状态。从技术角度来说，DGEBA的凝固点/熔点温度是45-50°C，DGEBF是80-85°C。它们处于过冷态是因为， 在常温下，“晶种”(seed
crystals)不易形成，而“晶种”是发生凝固的必要条件，这就导致了结晶过程非常缓慢。当树脂的平均分子量增大，大分子量组份增加，同分异构体组份也增加。这些同分异构体和大分子量组份会降低晶体的形成和增长。
结晶过程通常表现为浑浊(cloudiness),自由漂浮的晶粒，晶群，或者一个完全凝固体。这个过程和导致家里的蜂蜜结晶是一样的。在所有的树脂和固化剂中，都有发生结晶现象的可能性。这是物质从液体状向固体结晶态的相转变。绝大部分环氧树脂的主体组份是一种在常温下的固体物质。当处于极冷环境，冷热循环或其他因素，都可能导致晶体增长，使该物质转化为其天然的固体状态。结晶过程很难预测，也很难完全避免。它会毫无预兆地发生，或者只是影响物质的某一部分的性能。对于双组分体系来说，结晶仅仅只是带来一些操作上的不便，但对单组分体系来说，却可能是个大问题。理解导致结晶发生的因素，以及处理结晶的方法，就可以把这一问题简化为一个小麻烦。
原因
Causes
环氧树脂结晶和其他物质结晶原理类似。高纯度，低粘度，杂质，极冷环境，冷热循环都会增加其发生的可能性。通常“晶种”的存在引发结晶。以下是一些导致环氧树脂结晶的具体因素：
高纯度 High
Purity
高纯度的树脂中，去除了反应副产物，杂质，分子量分布于一个限定的范围内。副产物的存在，以及宽泛的分子量分布，会扩大液态向固态的转变温度范围。高纯环氧从液态转化为固态的转变温度范围很窄。与此类似，纯水从液态向固态转变（结晶）的温度是0°C。而当加入一些食盐到水中后，它的结晶温度则变得更低。高纯树脂越接近于这一转变温度，微晶体(minute
低粘度 Low
Viscosity
低粘度树脂的分子量很小，分子链很短，粘度越低，树脂的流动性越好，分子链在“晶种”附近取向排列越容易。高分子量高粘度的物质，分子链也更长，结晶的可能性也更低。把不含“晶种”的液体树脂储存在低温(0°C)下，可以减缓分子链运动，阻止晶体的形成和增长。稀释剂和改性剂一般都会促进晶体的生成和增长，但稀释剂分子链间的结晶性差异极大。其他添加剂，如颜料，填料，润湿剂等也会影响树脂结晶性。通常来说，如果在加工操作过程中预防“晶种”的引入，结晶还是很少发生的（高纯树脂除外）。
杂质
Impurities
杂质，通常是指微小的颗粒状物质，它们往往在不含填料的体系中充当“晶种”，引发树脂晶体的形成，并进一步继续扩大结晶。填料极少引发结晶，这主要是因为它体积太大，含量太高，实际上他们通常会阻止结晶。
超低温 Extreme
Cold
尽管低温会使分子链运动减慢，从而阻止结晶过程，但一旦“晶种”形成，超低温(-40°C)会加速结晶形成，如果温度足够低，树脂会自动发生结晶。
温度循环 Temperature
Cycles
高低温交替变化20-30°C会产生一个恶性循环过程，这也是树脂结晶发生的最常见的原因。一旦体系温度升高，分子链运动能力加强，使得液体环氧树脂分子在“晶种”附近发生取向排列。
接着将该体系置于低温环境，取向排列过程会加速进行。结晶过程一旦启动，就会一直发生直到形成一块固体。白天和晚上的温差变化，会引发和加速结晶过程。这一过程发生速度极快，可能只是在装卸或者生产车间放置的一小会儿。
解决方法
Solutions
基体树脂和双组份体系的结晶，只是带来一些操作上的不便，但并不是一个难以克服的问题。将体系在50-60°C下加热数小时，就可以消除结晶。加热时要确保所有晶体完全融化，否则任何一个微小的未融化晶体都可以作为“晶种”重新引发体系在几天内再次发生结晶。除了加热要小心，还要对容器中的树脂进行搅动，确保容器壁和底部的晶体融化，以及热量在体系均匀分布。如果结晶再次发生，只需加热，重复这一融化过程即可。单组份体系则不能加热，因为加热可能导致固化反应发生，产品变质。控制和监测运输过程和储存环境对减少温差变化至关重要。良好的保管措施是另一个重要的因素，如确保使用后管子内部，阀门，盖子上都不能有树脂残留，防止在此形成结晶。尽管环氧配方师及最终用户已经高度重视预防树脂结晶，但这一过程依然非常难以准确预测及完全消除。如果结晶现象反复发生，则有必要评估一些不易结晶的产品，以作为替代选择。
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译自：Epoxy
Resin Crystallization，By An Ellsworth Adhesives
Company
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