環(huán)氧樹(shù)脂固化劑是與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應，形成網(wǎng)狀立體聚合物，把復合材料骨材包絡(luò )在網(wǎng)狀體之中。 使線(xiàn)型樹(shù)脂變成堅韌的體型固體的添加劑。

01 固化劑的種類(lèi)

堿性類(lèi)

堿性類(lèi)固化劑 WTF：包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。

酸性類(lèi)

酸性類(lèi)固化劑：包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡(luò )合物。

加成型

加成型固化劑：這類(lèi)固化劑與環(huán)氧基發(fā)生加成反應構成固化產(chǎn)物一部分鏈段，并通過(guò)逐步聚合反應使線(xiàn)型分子交聯(lián)成體型結構分子，這類(lèi)固化劑又稱(chēng)瓜型固化劑。

催化型 

催化型固化劑：這類(lèi)固化劑僅對環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生引發(fā)作用，打開(kāi)環(huán)氧基后，催化環(huán)氧樹(shù)脂本身聚合成網(wǎng)狀結構，生成以醚鍵為主要結構的均聚物。

顯在型 

顯在型固化劑為普通使用的固化劑，又可分為加成聚合型和催化型。所謂加成聚合型即打開(kāi)環(huán)氧基的環(huán)進(jìn)行加成聚合反應，固化劑本身參加到三維網(wǎng)狀結構中去。這類(lèi)固化劑，如加入量過(guò)少，則固化產(chǎn)物連接著(zhù)末反應的環(huán)氧基。

因此，對這類(lèi)固化劑來(lái)講，存在著(zhù)一個(gè)合適的用量。而催化型固化劑則以陽(yáng)離子方式，或者陰離子方式使環(huán)氧基開(kāi)環(huán)加成聚合，最終，固化劑不參加到網(wǎng)狀結構中去，所以不存在等當量反應的合適用量；不過(guò)，增加用量會(huì )使固化速度加快。在顯在型固化劑中，雙氰胺、己二酸二酰肼這類(lèi)品種，在室溫下不溶于環(huán)氧樹(shù)脂，而在高溫下溶解后開(kāi)始固化反應，因而也呈現出一種潛伏狀態(tài)。所以，可稱(chēng)之為功能性潛伏型固化劑。

潛伏型

潛伏型固化劑指的是與環(huán)氧樹(shù)脂混合后，在室溫條件下相對長(cháng)期穩定(環(huán)氧樹(shù)脂一般要求在3個(gè)月以上，才具有較大實(shí)用價(jià)值，最理想的則要求半年或者1年以上)，而只需暴露在熱、光、濕氣等條件下，即開(kāi)始固化反應。這類(lèi)固化劑基本上是用物理和化學(xué)方法封閉固化劑活性的。所以，在有的書(shū)上也把這些品種劃為潛伏型固化劑，實(shí)際上可稱(chēng)之為功能性潛伏型固化劑。因為潛伏型固化劑可與環(huán)氧樹(shù)脂混合制成一液型配合物，簡(jiǎn)化環(huán)氧樹(shù)脂應用的配合手續，其應用范圍從單包裝膠黏劑向涂料、浸漬漆、灌封料、粉末涂料等方面發(fā)展。潛伏型固化劑在國外日益引起重視，可以說(shuō)是研究與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)課題，各種固化劑改性新品種和配合新技術(shù)層出不窮，十分活躍。

胺類(lèi)固化劑

伯胺和仲胺對環(huán)氧樹(shù)脂的固化作用是由氮原子上的活潑氫打開(kāi)環(huán)氧基團，而使之交聯(lián)固化。脂肪族多元胺如乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺等活性較大，能在室溫使環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)固化；而芳香族多元胺活性較低，如間苯二胺，得在150℃固化才能完全。

酸酐類(lèi)固化劑

二元酸及其酐如順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐可以固化環(huán)氧樹(shù)脂，但必須在較高溫度下烘烤才能固化完全。酸酐首先與環(huán)氧樹(shù)脂中的羥基反應生成單酯，單酯中的羧基與環(huán)氧基發(fā)生加成酯化而成雙酯。

合成樹(shù)脂類(lèi)固化劑 

低分子量聚酰胺樹(shù)脂是亞油酸二聚體或桐油酸二聚體與脂肪族多元胺如乙二胺，二乙烯三胺反應生成的一種琥珀色粘稠狀樹(shù)脂。

潛伏型固化劑

這種固化劑在一般條件下是穩定的，但當加熱到一定的溫度時(shí)，才顯示其活性而固化環(huán)氧樹(shù)脂。如雙氰胺，與環(huán)氧樹(shù)脂混合在一起，在常溫下是穩定的。若在145—165℃，則能使環(huán)氧樹(shù)脂在30分鐘內固化。三氮化硼乙胺絡(luò )合物,常溫也是穩定的，在100℃以上時(shí)能固化環(huán)氧樹(shù)脂。

02 環(huán)氧樹(shù)脂固化的三個(gè)階段

液體-操作時(shí)間

操作時(shí)間(也是工作時(shí)間或使用期)是固化時(shí)間的一部份，混合之后，樹(shù)脂/固化劑混合物仍然是液體和可以工作及適合應用。為了保證可靠的粘接，全部施工和定位工作應該在固化操作時(shí)間內做好。

凝膠-進(jìn)入固化 

混合物開(kāi)始進(jìn)入固化相(也稱(chēng)作熟化階段)，這時(shí)它開(kāi)始凝膠或“突變”。這時(shí)的環(huán)氧沒(méi)有長(cháng)時(shí)間的工作可能，也將失去粘性。在這個(gè)階段不能對其進(jìn)行任何干擾。它將變成硬橡膠似的軟凝膠物，你用大拇指將能壓得動(dòng)它。

因為這時(shí)混合物只是局部固化，新使用的環(huán)氧樹(shù)脂仍然能與它化學(xué)鏈接，因此該未處理的表面仍然可以進(jìn)行粘接或反應。無(wú)論如何，接近固化的混合物這些能力在減小。

固體-最終固化

環(huán)氧混合物達到固化變成固體階段，這時(shí)能砂磨及整型。這時(shí)你用大拇指已壓不動(dòng)它，在這時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂約有90%的最終反應強度，因此可以除去固定夾件，將它放在室溫下維持若干天使它繼續固化。

這時(shí)新使用的環(huán)氧樹(shù)脂不能與它進(jìn)行化學(xué)鏈接，因為該環(huán)氧表面必須適當地進(jìn)行預處理如打磨，才能得到好的粘接機械強度。

03 固化劑的固化溫度與固化物的耐熱性

各種固化劑的固化溫度各不相同，固化物的耐熱性也有很大不同。一般地說(shuō)，使用固化溫度高的固化劑可以得到耐熱優(yōu)良的固化物。對于加成聚合型固化劑，固化溫度和耐熱性按下列順序提高：

脂肪族多胺＜脂環(huán)族多胺＜芳香族多胺≈酚醛＜酸酐

催化加聚型固化劑的耐熱性大體處于芳香多胺水平。陰離子聚合型(叔胺和咪唑化古物)、陽(yáng)離子聚合型(BF3絡(luò )合物)的耐熱性基本上相同，這主要是雖然起始的反應機理不同，但最終都形成醚鍵結合的網(wǎng)狀結構。

固化反應屬于化學(xué)反應，受固化溫度影響很大，溫度增高，反應速度加快，凝膠時(shí)間變短；凝膠時(shí)間的對數值隨固化溫度上升大體呈直線(xiàn)下降趨勢。但固化溫度過(guò)高，常使固化物性能下降，所以存在固化溫度的上限；必須選擇使固化速度和固化物性能折衷的溫度，作為合適的固化溫度。

按固化溫度可把固化劑分為四類(lèi)：低溫固化劑固化溫度在室溫以下；室溫固化劑固化溫度為室溫～50℃；中溫固化劑為50～100℃；高溫固化劑固化溫度在100℃以上。屬于低溫固化型的固化劑品種很少，有聚琉醇型、多異氰酸酯型等； 

近年來(lái)國內研制投產(chǎn)的T-31改性胺、YH-82改性胺均可在0℃以下固化。屬于室溫固化型的種類(lèi)很多：脂肪族多胺、脂環(huán)族多胺；低分子聚酰胺以及改性芳胺等。屬于中溫固化型的有一部分脂環(huán)族多胺、叔胺、瞇唑類(lèi)以及三氟化硼絡(luò )合物等。屬于高溫型固化劑的有芳香族多胺、酸酐、甲階酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、雙氰胺以及酰肼等。

對于高溫固化體系，固化溫度一般分為兩階段，在凝膠前采用低溫固化，在達到凝膠狀態(tài)或比凝膠狀態(tài)稍高的狀態(tài)之后，再高溫加熱進(jìn)行后固化(post-cure)，相對之前段固化為預固化(pre-cure)。

04 固化劑的結構與特性

如上所述，固化劑的固化溫度和固化物的耐熱性有很大關(guān)系。同樣地，在同一類(lèi)固化劑中，雖然具有相同的官能基，但因化學(xué)結構不同，其性質(zhì)和固化物特性也不同。因此，全面了解具有相同官能基而化學(xué)結構不同的多胺固化劑的性狀、特點(diǎn)，對選擇固化劑來(lái)說(shuō)，是很重要的。

在色相方面，脂環(huán)族最淺，基本上是透明的，而脂肪族和芳香族，其著(zhù)色程度相當顯著(zhù)。在黏度方面，也有很大不同，脂環(huán)族不過(guò)零點(diǎn)零幾Pa·s，而聚酰胺則非常黏稠，達數Pa·s，芳香族胺多為固態(tài)。適用期長(cháng)短正好與固化性完全相反，脂肪族反應性最高，而脂環(huán)族、酰胺、芳香族依次降低。

色相：(優(yōu))脂環(huán)族→脂肪族→酰胺→芳香胺(劣)

熟度：(低)脂環(huán)族→脂肪族→芳香族→酰胺(高)

適用期：(長(cháng))芳香族→酰胺→脂環(huán)族→脂肪族(短)

固化性：(快)脂肪族→脂環(huán)族→酰胺→芳香族(慢)

刺激性：(強)脂肪族→芳香族→脂環(huán)族→酰胺(弱)

多胺類(lèi)固化劑的化學(xué)結構和性質(zhì)

另外，在光澤、柔軟性、粘接性、耐酸性、耐水性方面，也呈一定規律性。

光澤：(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→聚酰胺一脂肪胺(劣)

柔軟性：(軟)聚酰胺→脂肪族→脂環(huán)族→芳香族(剛)

粘接性：(優(yōu))聚酰胺→脂環(huán)族→脂肪族→芳香族(良)

耐酸性：(優(yōu))芳香族→脂環(huán)族→脂肪族→聚酰胺(劣)

耐水性：(優(yōu))聚酰胺→脂肪胺→脂環(huán)胺→芳香胺(良)

多胺類(lèi)固化劑的化學(xué)結構和與雙酚A樹(shù)脂固化物的性質(zhì)

對光澤來(lái)說(shuō)，芳香族最好，脂肪族最差。此性質(zhì)受固化溫度的影響，隨溫度升高，光澤變好。至于柔軟性，官能基間距離長(cháng)的聚酰胺更優(yōu)良一些，而交聯(lián)密度高的芳香胺則差。耐熱性與柔軟性正好相反，而粘接性則與柔軟性一致。耐藥品性(耐酸性)受化學(xué)結構影響，芳香族比較優(yōu)良，脂肪胺和聚酰胺則易受化學(xué)藥品腐蝕。耐水性受官能基質(zhì)量濃度的支配，官能基質(zhì)量濃度低、疏水度高的聚酰胺類(lèi)更耐水，而官能基質(zhì)量濃度高的芳香族則差一些。

05 用途不同的各種固化劑

固化劑按用途可分為常溫固化劑和加熱固化劑。如前所述，環(huán)氧樹(shù)脂高溫固化時(shí)一般性能優(yōu)良，但是在土木建筑中使用的涂料和粘接劑等由于加熱困難，需要常溫固化；所以大都使用脂肪胺、脂環(huán)映以及聚酰胺等，尤其是冬季使用的涂料和粘接劑不得不與多異氰酸酯并用，或使用具有惡臭氣味的聚琉醇類(lèi)。

至于中溫固化劑和高溫固化劑，則要以被著(zhù)體的耐熱性以及固化物的耐熱性、粘接性和耐藥品性等為基準來(lái)選擇。選擇重點(diǎn)為多胺和酸酐。由于酸酐固化物具有優(yōu)良的電性能，所以廣泛用于電子、電器方面。

脂肪族多胺固化物粘接性以及耐堿、耐水性均優(yōu)良。芳香族多胺在耐藥品性方面也是優(yōu)良的。由于氨基的氮元素與金屬形成氫鍵，因而具有優(yōu)良的防銹效果。胺質(zhì)量濃度愈高，防銹效果愈好。酸酐固化劑和環(huán)氧樹(shù)脂形成酯鍵，對有機酸和無(wú)機酸顯示了高的抵抗力，電性能一般也超過(guò)了多胺。

06 酸酐類(lèi)固化劑固化機理

酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂的反應，需要樹(shù)脂/酸酐體系中少量的醇和水、游離酸等促進(jìn)劑，經(jīng)加熱才能緩慢的固化。因此，酸酐并不直接與環(huán)氧基作用發(fā)生化學(xué)反應，必須打開(kāi)酸酐的環(huán)。

1、活潑氫對酸酐開(kāi)環(huán)的影響。雙酚A環(huán)氧中含有羥基，可以打開(kāi)酸酐。一羥基產(chǎn)生一個(gè)羧基，多元醇可以把兩個(gè)酸酐分子連接起來(lái)，起到交聯(lián)作用。加入含羥基化合物如乙二醇、甘油、含羥基的低分子聚醚等，可以加速開(kāi)環(huán)反應，水可以使酸酐產(chǎn)生兩個(gè)羧基，因此濕度對酸酐固化有影響。

酯化反應：這是酸酐固化環(huán)氧樹(shù)脂的主要反應，羧基與環(huán)氧基加成，生成酯基。酯化反應生成的羧基，進(jìn)一步使酸酐開(kāi)環(huán)，與環(huán)氧基反應，最后生成立體結構;在高溫下，一些羧基可以催化環(huán)氧基開(kāi)環(huán)，生成以醚鍵為主的結構。

2、三級胺(叔胺)對酸酐開(kāi)環(huán)的影響。三級胺與酸酐形成一個(gè)離子對，環(huán)氧基插入此離子對，羧基負離子打開(kāi)環(huán)氧基，生成