环氧树脂结构与性能.32页PPT

镀层 F 常用的金属表面装饰电镀
①镀铬（防护装饰性镀铬、镀黑铬、乳白铬、镀硬铬、多孔性镀铬）
②镀镍
③镀银（灯具）
④镀金 ⑤镀合金
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G塑料电镀的基本工艺过程
塑料制作
成品
机械粗化
电镀
化学除油
化学镀
化学粗化 还原处理
敏化处理
活化处理
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镀层 金属 金
银
铜 铅
表2-4 镀层金属特性
抗磁材料：能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的材料，如铜、金、银、铅、锌 等。
（6）光性能 ：材料对光的反射、投射、折射的性质。
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2.3.2 材料的化学性能
材料的化学性能指材料在常温或高温时抵抗各种介质的化学或电化学侵 蚀的能力，是衡量材料性能优劣的主要质量指标。
耐腐蚀性：材料抵抗周围介质腐蚀破坏能力。 抗氧化性：材料在常温或高温时抵抗氧化作用的能力。 耐侯性：材料在各种气候条件下，保持其物理性能和化学性能不变的性质。
2.4.3 材料的表面处理
表面处理技术是指采用诸如表面电镀、涂装、研磨、抛光、覆贴等能改变材
料表面性质与状态的表面加工与装饰技术。
1 表面处理的目的
从产品造型设计出发，表面处理的目的：一是保护产品，既保护材料本身赋予产品表
面的光泽、色彩、肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性，由
化学加工 化学
金属材料，蚀刻图形，薄板加工等
电子束加工 电
金属、非金属、微孔、切割、焊接等
离子束加工 电
注入、镀覆、微孔、蚀刻、去毛刺、切割等
喷射加工 机械
去毛刺、切割等
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凝土裂缝重新愈合。
•1994年
美国伊利诺伊斯 大 学 的 Carolyn Dry教授，将缩醛 高分子溶液作为 胶粘剂注入到空 心玻璃纤维或者 空心玻璃短管内， 放入到混凝土中， 从而形成了智能 型仿生自愈合神 经网络系统。
•1996年
美 国 Illinois 大 学 的 ATRE 实 验 室 在混凝土桥面内 预装有低模量的 内含修复胶粘剂 的修复管当混凝 土产生横向收缩 时，横向收缩应 变使管破修复胶 粘剂从管中留出， 填充愈合桥面的 裂管裂缝。
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裂纹修复的过程即CaCO3沉积的过程，包括一系 列的生化反应。
裂巴嗜纹氏微碱自芽生微修孢物生复杆修物的菌复机是制微应生尿能物素在新酶混陈凝代土谢的引服起役氨的寿、，命C具O期2有间纯不天断然地无发C污挥aC染作O的用3 特，点而。
水泥角基色裂纹微生物修复制技造术在此方面具有水很解大的潜力，因为沉假积如条件
裂纹宽度：左跨跨中底部裂缝宽度修复前为1. 18 mm，修复后为0. 48 mm 右跨跨中底部裂缝宽度修复前为1. 33 mm，修复后为0. 54 mm
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02 基于空芯光纤和空芯纤维的自修复 制备原理：
将胶黏剂注入到中空玻璃纤维并埋到混凝土中， 从而形成智能仿生自愈合网络系统。当混凝土结 构在外部荷载和环境作用下出现损伤和裂纹时， 纤维内胶黏剂流出渗入裂纹，化学作用下胶黏剂 发生固化，从而抑制开裂，进一步修复裂纹。自 愈合后的混凝土强度和延性都得到了提高。
• 生物有机体的显著特点之一是具有再生机能。
受到破坏后，机体能自动修复创伤。
• 骨——具有自修复和自适应特性的范例。
骨折——血管破裂——血液流出——凝结——伤口修复
生物体的 损伤自修

一、复合材料结构设计流程
层合板设计的主要内容选择合适的单层铺设角-铺层方向；确定各铺设角单层的层数百分比-铺层比；确定铺层顺序：直接影响到层合板的刚度、强度、稳定性、振动、工艺性和使用维护性。
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一、复合材料结构设计流程
层合板设计的主要内容铺层结构简化表示
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一、复合材料结构设计流程
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一、复合材料结构设计流程
确定各铺设角单层的层数百分比-铺层比 若需设计成准各向同性层合板，采用[0/45/90/-45]s。0:90:±45铺层比0.25：0.25：0.50 准各向同性层合板：[A]为各向同性，与方向无关；各层具有相同的[Q]和相同的厚度；各层之间夹角相等。
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一、复合材料结构设计流程
层合板的设计方法
序
设计方法
方法要点
说明
1
等代设计
采用准各性同性层合板按刚度等代铝板
2
准网格设计
设计中仅考虑纤维承载能力，按应力比确定0、90、45纤维铺层比例
3
刚度设计毯式曲线设计
以面内刚度为主，设计铺层比例与面内强、刚度关系曲线，查出所需铺层比例
层合板初步设计方法
一、复合材料结构设计流程
1、明确设计条件： 性能要求、载荷情况、环境条件、形状限制等。2、材料设计： 原材料选择、铺层性能确定、层合板设计等。3、结构设计： 复合材料层合板设计、结构典型特征的设计、夹芯结构设计、复合材料接头设计等。
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一、复合材料结构设计流程
设计分析制造一体化 在材料设计和结构设计中都涉及到应变、应力与变形分析、失效分析，以确保结构的强度和刚度。 复合材料结构往往是材料与结构一次成型的，且材料也具有可设计性。

粉末分散于树脂中，它在高温下可很快固化环氧树脂。 ②湿固化体系 胺和酮生成亚胺，它在水的作用下可分解出胺。如丁酮与
胺的反应生成丁酮亚胺，它和环氧树脂配合在密封条件下是 稳定的，但涂布后，漆膜吸收空气中的H2O，于是有胺生成， 并和环氧基反应，形成交联结构：
2
配方中的几个问题 （1）泛白
原因：用双组份胺固化体系时，经常由于胺吸收空气中的 CO2，生成无反应性的胺的碳酸盐，在表面上形成白霜。
解决方法：预先将胺和环氧树脂混合放置1h后再用，使其 部分发生反应，消除伯胺，这样可以降低胺的吸水性。
(2)溶剂的选择 环氧树脂的溶剂一般是醇和芳烃或酮和芳烃的混合溶液，应注
意配方中要尽量避免用醇，特别是伯醇做溶剂，因他们在室温下 可缓慢的和环氧树脂发生反应：
溶剂中的水也可和环氧基反应：
（3）颜料 由于二氧化钛表面上常吸有水并有酸性，环氧基易发生反应，
酸酐受叔胺影响而开环
酸酐类与胺类固化剂性能比较
环氧树 脂改性
改性是使环氧树脂(EP)成为合成树脂中性能最优的重要渠道， 因为环氧树脂虽然拥有优异的粘绔性能和良好的机械性能等而 被广泛应用，但耐热性较差、脆性大等限制了其在高性能领域 的应用，这就需要对其进行改性。最近研究人员在PI/EP共聚 (混)方面，进一步取得了有效改善环氧树脂韧性的新效果。
胺固化体系的环氧树脂的组成对其性质的影响
环氧树脂的影响
当相对分子质量增加时，固化体系中溶剂量需增加， 固含量减少；由于环氧基含量减小，交联密度减小，柔顺 性增加，但固化速度慢，使用寿命长。
使用脂肪族环氧化合物，固化比BPA树脂慢，操作寿命 长，但用氢化双酚A树脂，它的交联固化速度与BPA树脂几 乎相同，这是因为决定固化速度的另一因素是玻璃化温度， 氢化BPA树脂玻璃化温度低，所以反应速度增加。

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二.发展简史
为了应对以上问题，我国开始调整环氧树脂产业结构，采取了以下措施：
①优化产业结构，向特种化、规模化方向发展，研发高端产品。同时， 引进先进的生产装置和技术，改良配方。
②众所周知，中分子质量固体环氧树脂为优良品种，具有无公害特点。 所以我国改进工艺，重点发展此树脂。
③我国环氧树脂企业存在比较分散、规模小、效率低等缺点，我国可以 加强中小企业的合作，分工协作，走“精”、“专”路线，提高效益。
（2）固态双酚A型环氧树脂的合成方法大致采用两种：一步法和两步法。
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四 环氧树脂的合成
一步法工艺是双酚A和环氧氯丙烷在NaOH作用下进行缩聚反应，用于
制造中等分子量固态环氧树脂。该工艺合成时，反应是在水中呈乳状液进行的， 在制备高分子量树脂时后处理较困难。制得的树脂分子量分布较宽，有机氯含 量高，不易得到环氧值高、软化点也高的产品，不符合粉末涂料的要求。
两步法工艺是将低分子量液态环氧树脂和双酚A加热溶解后，在高温
或者催化剂作用下进行加成反应，不断扩链，最后形成高分子量的固态环氧树 脂。该法合成时，反应呈均相进行，链增长反应较平稳，因而制得的树脂分子 量分布较窄，有机氯含量较低，环氧值和软化点可通过配比和反应温度来控制 和调节，具有工艺简单、操作方便、无三废、产品质量易控制等优点。
使用环境的差异限制了材料的广泛使用，同样固化剂的选择也需要随使 用环境及材料所预期的性能的不同而异。例如，外墙涂层要求材料具有较好 的耐候性，同时也限制了高温固化类固化剂的应用。
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六 环氧树脂的基本性能
环氧树脂的种类众多，性能也各有差异，但是一般来说，环氧树脂的特征 结构使其具有以下基本性能：
80年代开发了复合胺、酚醛结构的新型多官能团环氧树脂以满足复合材 料工业需要。最近又开发了水性环氧树脂和稠环耐温耐湿环氧树脂。由于环 氧树脂品种的增加和应用技术的开发，环氧树脂在电气绝缘、防腐涂料、金 属结构粘接等领域的应用有了突破。目前它的品种、应用开发仍很活跃，从 1960年以来，已有数百种环氧树脂完成工业化开发，已有40～50种不同结构 的环氧可商品化制造或由中间试验厂提供，同时与之相适用的100多种工业化 固化剂和许许多多的改性剂和稀释剂与之配套，正谓方兴未艾。

时发生熔化），安置到PCB载体的底部。 ❖ 焊料球的尺寸约为1mm,节距为1.27~2.54mm。
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13
PBGA示意图
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14
PBGA的主要优点
❖ 成本低，易加工； ❖ 缺陷低； ❖ 装配到PCB上质量高。
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2.陶瓷球栅阵列 CBGA工艺
❖ CBGA载体用材料：陶瓷多层载体； ❖ 芯片连接到陶瓷载体上表面； ❖ 采用90Pb/10Sn焊料球（300℃时发生熔化），以
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6
BGA定义：
➢ BGA(Ball Grid Array）球栅阵列，它是在基 板的背面按阵列方式制作出球形凸点用以代 替引脚，在基板的正面装配IC芯片，是多引 脚LSI芯片封装用的一种表面贴装型技术。
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7
BGA可以使芯片做的更小
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8
BGA的特点主要有：
❖ (1)I/O引线间距大(如1.27毫米)，可容纳的I/O数目 大 ；例如，引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅 为31mm见方；而引脚中心距为0.5mm的QFP 280 引脚，边长为32mm.
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13.2 CSP技术
❖ BGA的兴起和发展尽管解决了QFP面临的困难。但 它仍然不能满足电子产品向更加小型、更多功能、 更高可靠性对电路组件的要求，也不能满足硅集成 技术发展和对进一步提高封装效率和进一步接近芯 片本征传输速率的要求，所以更新的封装CSP(Chip Size Package．芯片尺寸封装)又出现了。
❖ 倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的 金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后 的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接 的芯片电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相 当于将 前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在 圆片（Wafer） 上芯片植完球后，需要将其翻转， 送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而 被称为“倒装芯片”。

• 环氧地坪涂料自从 20 世纪 80 年代末期进 入中国市场以来，就 凭着它的优良附着力， 机械强度及防腐蚀性 能等呈现出其他类型 涂料无法达到的优越 性。在欧美的工业、 商用地面已被广泛使 用，俗称“工业地 毯”。
环氧树脂的应用
• 水泥地坪 • 易破、起灰尘、粗糙不光亮、易脏、不易清洗、
适用于道路地坪，不适用于工业地坪。 • 石地坪
彩砂----环氧树脂地坪
• 适用范围 : 要求耐磨 损、耐强力冲击、装 饰效果好具备一定防 滑功能的地坪，特别 适用于机场、地铁、 食堂、休息室、办公 室、食品生产车间及 医院、学校的实验室 等重视外观清洁、耐 久性好的地方。
彩砂----环氧树脂地坪 使用年限 : 至少 15 年以上
环氧地坪
• 环氧(EP)/聚氨酯(PU) 型涂装地坪 • （运用IPN互穿网络技术）
环氧树脂是热固性树脂中收缩性最小的一种（一 般都小于2%）。它的热膨胀系数也很小（一般为 6.0×10-5/°C）。
在胶粘剂中环氧树脂胶的收缩率最小，这也 是环氧树脂胶固化胶接高的原因之一。例如：
酚醛树脂胶：8—10% ；有机硅树脂胶：6—8% 聚酯树脂胶：4—8% ；环氧树脂胶：1—3%
一、环氧树脂的特性
1946年发表了最初的环氧粘结剂，1947年瑞 士汽巴公司牌号为Araldite的粘结剂开始引人注 目，环氧树脂从此以万能胶闻名于世。另外SHELL 公司的EPON环氧树脂作为涂料推向市场，继而又 扩大到电机，机械方面的应用，发展至今已在各 个领域中获得广泛的应用。
环氧树脂发展简史
• 我国于1958年开始环氧树脂的工业化生产，并对 环氧树脂的应用技术进行探索。1985年环氧树脂 总产量为2万吨，1998年达到7.5万吨。随着需求 量的扩大，发展也很迅速。

n
O
B r
2.5.2 无卤环氧树脂 （1）含磷环氧树脂：含磷环氧树脂的结构有很多种，目前主要是将DOPO 添加到树脂体系中反应以将其引入树脂中。例如： O D O P O
各结构单元赋予树脂的功能： 环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很 强的内聚力和粘结力。 醚键和羟基是极性基团，有助于提高浸润性和粘附力。 醚键和碳碳键使大分子具有柔顺性。苯环赋予聚合物 以耐热性和刚性。-C-O-键的健能较高，提高耐碱性。 耐热性不高，耐湿性和耐候性差，阻燃性不好。



2.3.4.3 均苯三酚三缩水甘油醚环氧树脂
O O C H C H C H 2 2 O C H C H C H O 2 2 O O C H C H C H 2 2
由于苯环的吸电子效应，提高了环氧基的反应活性，反应 速的是双酚A的10倍，但在部分交联后，由于交联密度高， 限制了分子链的运动，影响了进一步的反应，实际反应程 度比间苯二酚型及双酚A型环氧树脂低。有关脂肪族缩水甘 油醚环氧树脂，缩水甘油酯型环氧树脂，缩水甘油胺型环 氧树脂，环氧化烯烃化合物等目前我们用的很少，就暂时 不介绍。
H2C O
CH CH2 柔軟性
反應性
2.1.1 双酚A型环氧树脂的结构特征与功能



结构特征为： 大分子两端是反应能力很强的环氧基。 分子主链上有很多醚键，是一种线性聚醚结构。 n值较大的树脂分子链上有规律的、相距较远的出现 许多仲羟基。 主链上还有大量的苯环、次甲基和异丙基。


n
C H 3 C C H 3
B r O H B r
（3）四溴双酚A，双酚A一起与环氧氯丙烷反应（反应及结构 式略） （4）溴化酚醛树脂与环氧氯丙烷的反应物

（1）活性在芳香族胺中最高。（苯环侧链上有脂肪族伯胺氢 原子，活性同脂肪族多元胺，室温固化） （2）固化物耐热性介于脂肪族胺与芳香族胺之间 ；
（3）蒸汽压低，毒性较大。
（4）易吸收空气中的CO2形成氨基甲酸盐，固化时受热分 解产生CO2 ，使制品起泡而影响性能。
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改性多元胺的制备方法
CHOH + CH2 CH CH2 O
CH O CH2 CH CH2 OH
环氧基与新生成或已存在羟基发生醚化反应
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可被路易士碱（如叔胺）促进
O O+ O
R3 N
O
＋
C N R3 +
C O—
O
CH2 CH CH2 O
O
＋
C N R3
+
C O CH2 CH CH2
O
O—
氧阴离子与酸酐反应生成酯化结构
（1）环氧化合物加成多胺
由单或双环氧化合物与过量多元胺反应制得。
反应式如下：
RNH2 + CH2 CHR' RNH CH2 CH R'
O
OH
由于加成物的分子量变大，沸点与粘度增加，因此挥发性与 毒性减弱；同时改善了原有脂肪胺固化物的脆性。（代表产品
，593固化剂：DETA+660）
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O
O
O
C OH
—
C BF3: NR2
O O
C
OH
—
+ ROH
C BF3: NR2
C OH
—
＋
C OR + R2N:BF3 + H
O
O
生成酯化结构