環(huán)氧樹脂屬于熱固性樹脂，同固化劑混合后，通過環(huán)氧樹脂分子和固化劑分子的相互接觸、纏繞達(dá)到均勻分布的狀態(tài)。環(huán)氧基同固化劑氨基中的活性氫發(fā)生縮合聚合反應(yīng)，從而形成高分子量的環(huán)氧化合物，具備了耐熱、高強(qiáng)度、耐水、耐溶劑、耐鹽霧、粘接強(qiáng)度、耐壓絕緣等使用性能。環(huán)氧樹脂的物理狀態(tài)變化是由化學(xué)變化引起的，逐步聚合的反應(yīng)程度將直接影響固化物的最終使用性能。

交聯(lián)度是衡量聚合反應(yīng)度的指標(biāo)，交聯(lián)的程度對(duì)環(huán)氧樹脂最終性能的影響至關(guān)重要，一般環(huán)氧體系需要達(dá)到75%甚至更高的交聯(lián)度，性能才能得到體現(xiàn)。

俗話講：三分膠水，七分工藝。膠水好，還得通過工藝來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用過程中，因?yàn)榻宦?lián)度不夠?qū)е?/span>“好的膠水”做出“差的效果”的案例舉不勝舉。幾乎涉及所有的環(huán)氧膠粘劑（或涂料）對(duì)固化工藝都會(huì)做出詳細(xì)的規(guī)定，如對(duì)固化溫度和時(shí)間、濕度的高低、操作時(shí)間的要求等等，這也是作為國標(biāo)或行標(biāo)對(duì)試樣制作必須嚴(yán)格規(guī)定的選項(xiàng)。

一、 分子結(jié)構(gòu)決定體系的固化條件

芳香胺、脂環(huán)胺因?yàn)榉辑h(huán)和脂環(huán)的存在，是有硬度高、耐熱高、耐腐蝕性優(yōu)、強(qiáng)度高、耐水性好等特點(diǎn)，但同時(shí)因?yàn)槔^續(xù)交聯(lián)的位阻大（芳環(huán)和脂環(huán)都是位阻），導(dǎo)致常溫固化條件下的交聯(lián)度往往不夠，需要較高溫度的后固化才能達(dá)到足夠的交聯(lián)度。

脂肪胺固化劑位阻小，常溫交聯(lián)度高，但是耐熱性、硬度、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度等性能往往不及芳香胺和脂環(huán)胺。當(dāng)然，改性胺（改性芳香胺、改性脂環(huán)胺、改性脂肪胺）的一個(gè)主要目的，就是提高芳香胺和脂環(huán)胺的活性，提高脂肪胺的耐熱性、憎水性、耐腐蝕性等。如既具有芳香環(huán)又具有脂肪鏈段的間苯二甲胺，是一種特殊的脂肪胺，既具有芳香胺的耐熱性，又具有脂肪胺的高活性，因此在很多場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。

通過外促進(jìn)（添加促進(jìn)劑）或內(nèi)促進(jìn)（分子結(jié)構(gòu)中接入高活性基團(tuán)），均能降低體系活化能，促進(jìn)體系放熱量，提高交聯(lián)度?；蛘咧景分薪尤氡江h(huán)或脂環(huán)結(jié)構(gòu)均有利于提高強(qiáng)度和耐熱性，又具有脂肪胺高交聯(lián)度的特點(diǎn)。

類似于多環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂，多胺基分子結(jié)構(gòu)的固化劑因?yàn)槎嘟宦?lián)點(diǎn)的存在，往往具有更高的交聯(lián)密度和反應(yīng)活性，如多氨基結(jié)構(gòu)增韌型固化劑，往往能達(dá)到耐熱性和剛?cè)嵯酀?jì)的效果。

二、 放熱峰是提高交聯(lián)度的關(guān)鍵

熱固性樹脂通過逐步聚合形成高分子，逐步聚合是一個(gè)位阻逐步增大的過程，如體系放熱沒有集聚足夠的能量來克服位阻繼續(xù)反應(yīng)，繼續(xù)反應(yīng)就會(huì)非常緩慢甚至終止，反應(yīng)生成的分子量就不能足夠大，相關(guān)機(jī)械強(qiáng)度、粘接強(qiáng)度、化學(xué)性能就會(huì)比較差。

如一次堆積的膠量較多，放熱過分集中，環(huán)氧體系就會(huì)產(chǎn)生爆聚，內(nèi)含的氣泡迅速膨脹，膠體就形成泡沫狀的蜂窩結(jié)構(gòu)。然后快速的冷卻溫差大，導(dǎo)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大，容易導(dǎo)致膠體開裂，粘接失效等。

因此，固化條件的設(shè)定要根據(jù)分子結(jié)構(gòu)平衡放熱峰，往往放熱峰高的體系適合較低溫度固化，放熱峰低的體系需要較高溫度固化。操作時(shí)間比較長的固化體系，放熱量也比較緩和，常溫固化的機(jī)械強(qiáng)度往往不會(huì)太高。

三、 對(duì)指定固化體系交聯(lián)度提升的途徑

1. 提高固化溫度

排除爆聚前提下，低溫固化體系在常溫下具有更高交聯(lián)度。

常溫固化體系在高溫下具有更高交聯(lián)度。

高溫固化體系在更高溫度下具有更高交聯(lián)度。

2. 延長固化時(shí)間

延長固化時(shí)間能提升交聯(lián)度，隨著固化的進(jìn)程，位阻達(dá)到一定的程度，交聯(lián)度提升幅度和程度就會(huì)大打折扣。如常溫（25℃±2℃）固化30天，同常溫固化7天相比，交聯(lián)度有提高，但提升幅度有限。更高的交聯(lián)密度需要提高固化溫度。

3. 促進(jìn)劑的作用

促進(jìn)劑能降低體系活化能，促進(jìn)體系放熱，用量的大小跟提高活性的程度有關(guān)。但隨著位阻的增大，提升的幅度同樣有限。

促進(jìn)劑種類不同，不同溫度下促進(jìn)效果也有差別。

含供電子基團(tuán)的醇類、有機(jī)胺類、酚類等等對(duì)環(huán)氧-胺類體系均有促進(jìn)效果，往往酸性較強(qiáng)的促進(jìn)劑效果更加明顯。

叔胺能加速體系放熱，較高溫度下促進(jìn)效果明顯。

4. 環(huán)氧體系中其余材料的配合

含吸電子基團(tuán)的材料有延遲反應(yīng)的效果，含供電子基團(tuán)材料有促進(jìn)效果。如酯類延遲反應(yīng)，酚類加速放熱，含硅醇基的活性硅微粉有促進(jìn)效果等等。

5. 階段性升溫固化

一定溫度條件下達(dá)到一定交聯(lián)度以后，進(jìn)而提升固化溫度，外加能量越過位阻繼續(xù)反應(yīng)，從而進(jìn)一步提升交聯(lián)度。

尤其對(duì)芳香胺、脂環(huán)胺體系，階段式升溫固化效果明顯。

四、 低溫固化環(huán)氧體系

1. 通過對(duì)固化劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用高活性胺類，引入高活性促進(jìn)基團(tuán)，降低活化能，提升體系低溫下放熱效率，使體系在-10℃仍能使反應(yīng)持續(xù)放熱，達(dá)到足夠交聯(lián)度。如MH2805低溫固化劑。

2. 低溫固化劑如配合羥甲基雙酚A環(huán)氧樹脂，或者間苯二酚二縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，能進(jìn)一步降低固化溫度，即使在-20℃環(huán)境下仍能達(dá)到較高交聯(lián)度。

3. 具備低溫固化性能的環(huán)氧體系在常溫不爆聚前提下，常溫固化交聯(lián)度高，機(jī)械強(qiáng)度和物理、化學(xué)性能能充分體現(xiàn)。如MH222、MH216固化劑就屬于此類，128環(huán)氧樹脂配合MH216，常溫固化一個(gè)星期，抗拉強(qiáng)度≥80Mpa，就是較高交聯(lián)度的結(jié)果。

五、 常溫固化耐高溫體系

1. 通過芳香胺、脂環(huán)胺和脂肪胺的縮合，接入高活性促進(jìn)基團(tuán)，降低體系活化能，使該體系在常溫固化條件下能達(dá)到較高的交聯(lián)密度，從而具有較高機(jī)械強(qiáng)度和物理化學(xué)性能。當(dāng)應(yīng)用到高溫場(chǎng)合后，后續(xù)的高溫使用環(huán)境（如120℃）給體系提供了后固化條件，使體系的交聯(lián)度、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步提高，從而達(dá)到常溫固化耐高溫的效果。如常溫固化耐高溫的MH219固化劑。

2. 因?yàn)槲蛔璧牟粩嘣龃螅谕ㄟ^常溫固化延長時(shí)間達(dá)到熱變形溫度＞100℃以上往往都比較困難，即使包含間苯二甲胺體系也需要后固化性能更佳。

六、 水性環(huán)氧樹脂的交聯(lián)度

1. 水乳型環(huán)氧及固化劑以乳膠粒子形式存在于水性體系中，因?yàn)榉磻?yīng)從粒子外層的交聯(lián)開始，受到外層固化膜的阻隔，內(nèi)層難以反應(yīng)完全，因此，不同于油性環(huán)氧的均勻體系，交聯(lián)度大幅度下降，機(jī)械強(qiáng)度耐熱性、物理化學(xué)性能同步下降。

2. 通過對(duì)乳膠粒子的細(xì)化和混溶性的調(diào)整?？梢蕴岣呓宦?lián)密度和理化性能；提高固化溫度的強(qiáng)制干燥方式可以加速水分揮發(fā)和分子的移動(dòng)及混溶，性能會(huì)相應(yīng)提升。

3.  如防腐涂料的要求，耐水、耐鹽霧、耐溶劑等性能的提升往往需要?jiǎng)傂曰鶊F(tuán)的接入，但是導(dǎo)致產(chǎn)生位阻，影響常溫固化的交聯(lián)度。即使通過外促進(jìn)，交聯(lián)度仍有待提高。往往實(shí)驗(yàn)過程中常溫固化（要看環(huán)境溫度高低）的養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，加溫固化的溫度和時(shí)間、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度變化，對(duì)防腐涂層耐性和附著力影響其實(shí)是至關(guān)重要的影響因素，但往往被涂料工程師們忽略。

而實(shí)際使用過程中，涂層在常溫下一直處于緩慢的固化狀態(tài)，中間漆和底漆的固化放熱（自然干燥或強(qiáng)制干燥）能進(jìn)一步加速底漆的固化，因此在國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定中，一定需要考慮到這種交叉固化的狀態(tài)和常溫固化的交聯(lián)度進(jìn)一步提升的狀態(tài)，不然就不能真實(shí)的反映涂層的最終性能。

4. 水分的影響

乳膠粒子之間獨(dú)立存在，隨水分揮發(fā)而碰撞接觸產(chǎn)生反應(yīng)，界面消失融合成一個(gè)整體，然后交聯(lián)成大分子。水分的揮發(fā)受制于環(huán)境溫、濕度和體系凝膠速度。因此，如水分揮發(fā)速度快，體系交聯(lián)度高；水分揮發(fā)慢，體系交聯(lián)度低，甚至有涂層開裂的可能。

5. 固化劑用量的影響

因環(huán)氧乳膠粒子殘留較多，通常固化劑并非同環(huán)氧等當(dāng)量，一般取0.7-0.9作為固化劑用量系數(shù)，以提高涂膜耐水耐鹽霧性能。因此，固化劑用量的多少，能影響涂膜的交聯(lián)度。

總之，環(huán)氧固化物的交聯(lián)密度對(duì)理化性能影響很大，工程師們要選擇合適的環(huán)氧同合適的固化劑匹配，選擇合理的外加劑，終端使用者要采用合理的固化溫度和固化時(shí)間，才能做到足夠的固化交聯(lián)度，固化物的物理化學(xué)性能、機(jī)械性能才能得到真實(shí)體現(xiàn)。

一個(gè)優(yōu)良的環(huán)氧固化體系是原材料方、加工制造者、使用者三方密切配合的結(jié)果。原材料和加工制造者要充分了解終端應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)制造出有針對(duì)性、功能性的配方，以充分滿足使用者的要求。