环氧树脂配方技术解析与应用指南
环氧树脂是一类分子结构中含两个及以上环氧基的热固性树脂，兼具粘结性强、力学性能优异、化学稳定性好、成型工艺灵活等核心优势，通过调整配方中各组分的种类与比例，可适配从胶黏剂到复合材料、从涂料到电子封装的多元应用场景。本指南从配方核心组分解析、经典配方设计原则、典型应用配方及工艺、配方优化与常见问题解决四方面，系统讲解环氧树脂配方技术，兼顾理论性与实用性。
一、环氧树脂配方核心组分解析
环氧树脂配方的核心为环氧树脂基体+固化剂，辅以稀释剂、填料、增韧剂、偶联剂、助剂（抗氧、阻燃、防霉等），各组分协同决定配方的固化特性、力学性能、耐环境性能及工艺性，无固化剂的环氧树脂仅为低分子量预聚体，无法形成三维网状交联结构。
（一）核心基体：环氧树脂
按分子结构与性能差异，工业常用环氧树脂分通用型与特种型，通用型占比超 80%，特种型为定制化场景设计，核心参数为环氧值（100g 树脂中环氧基的当量数，决定与固化剂的配比）、分子量 / 粘度（决定工艺性，低粘度易浸润，高分子量基础性能好）。
双酚 A 型环氧树脂：最通用，由双酚 A 与环氧氯丙烷缩聚而成，型号以E为标识（如 E-44、E-51、E-20），数字越小环氧值越高、分子量越小、粘度越低。E-51（环氧值 0.48~0.54）为低粘度液体，适用于胶黏剂、涂料、复合材料；E-44 为中粘度，适用于浇注、层压；E-20 为固体，需加热熔融，适用于粉末涂料。优点：综合性能优、成本低、与各类固化剂相容性好；缺点：脆性大、耐候性一般（紫外线下易黄变）。
双酚 F 型环氧树脂：由双酚 F 与环氧氯丙烷缩聚，型号如 F-51，环氧值与 E-51 接近，粘度远低于双酚 A 型（E-51 常温粘度约 10000mPa・s，F-51 约 3000mPa・s），固化后内应力小、柔韧性略优，适用于高固含涂料、精密浇注、低粘度胶黏剂，成本略高于双酚 A 型。
特种环氧树脂
酚醛型环氧树脂（如 F-44）：环氧基含量高，固化后交联密度大，耐高温、耐化学腐蚀，适用于航空航天复合材料、耐高温胶黏剂；
脂环族环氧树脂：环氧基位于脂环上，耐候性极佳（不黄变）、电绝缘性好，适用于户外涂料、高压电气浇注；
水性环氧树脂：接枝亲水基团，可分散于水中，环保型涂料核心基体；
溴化环氧树脂：含溴阻燃元素，适用于阻燃要求的电子封装、涂料。
（二）关键组分：固化剂
固化剂是与环氧树脂环氧基发生开环交联反应的核心，决定固化温度、固化速度、交联密度，进而影响最终产品的性能（如耐高温性、柔韧性、粘结性）。按固化温度可分为室温固化剂（25℃左右固化）、中温固化剂（60~100℃）、高温固化剂（120℃以上）；按化学结构主要分为胺类、酸酐类、酚类、聚酰胺类等，其中胺类与酸酐类为工业最常用。
表格
| 固化剂类别 | 代表品种 | 固化温度 | 核心特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 脂肪胺类 | 乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺 | 室温 | 固化速度快、粘度低、粘结性好；毒性较大、固化后脆性大、耐温低（Tg≤80℃） | 室温快速固化胶黏剂、普通涂料、简易浇注 |
| 芳香胺类 | 间苯二胺、二氨基二苯基甲烷（DDM） | 高温（120~150℃） | 毒性低、固化后耐高温（Tg≥150℃）、力学性能优；室温下难固化、需加热 | 航空航天复合材料、耐高温浇注、高压电气封装 |
| 聚酰胺类 | 聚酰胺 650、610、300 | 室温 | 柔韧性极佳、粘结性强、耐水性好；固化速度慢、交联密度低、耐温低（Tg≤60℃） | 柔性胶黏剂、户外防腐涂料、密封胶 |
| 酸酐类 | 邻苯二甲酸酐、甲基四氢苯酐（MTHPA） | 中高温（80~120℃） | 毒性低、固化后电绝缘性好、耐候性优、内应力小；固化速度慢、需促进剂 | 电气浇注、复合材料、高固含涂料 |
关键配比原则：胺类固化剂按环氧当量 = 胺氢当量计算配比（胺氢当量 = 固化剂分子量 / 活泼氢数）；酸酐类固化剂按酸酐当量 = 环氧当量 ×0.8~1.0计算（0.8~1.0 为系数，根据交联密度需求调整）。
（三）功能性助剂：调节工艺与性能
助剂无固定配比，根据配方需求添加（通常总占比 0.1%~20%），是配方定制化的核心，缺一不可但不可过量（易导致性能劣化）。
稀释剂：降低环氧树脂体系粘度，提升浸润性与工艺性，分活性稀释剂（含环氧基，参与交联反应，无挥发，如环氧丙烷丁基醚、苯基缩水甘油醚）和非活性稀释剂（不含环氧基，仅物理稀释，固化后挥发，易导致针孔，如丙酮、二甲苯，尽量少用），添加量 5%~20%。
增韧剂：改善环氧树脂固化后脆性大的问题，分反应型增韧剂（含活性基团，参与交联，如端羧基丁腈橡胶 CTBN、聚醚多元醇）和非反应型增韧剂（物理分散，如聚氯乙烯、二氧化硅微球），添加量 3%~15%，过量会降低强度与耐温性。
填料：降低成本、提升力学性能（如硬度、模量）、改善耐热性与耐腐蚀性，分无机填料（碳酸钙、滑石粉、石英粉、氧化铝、玻璃纤维，占比 20%~70%）和有机填料（木粉、酚醛树脂粉，占比 5%~20%），填料需干燥（含水率≤0.5%），否则易导致气泡。
偶联剂：提升树脂与填料 / 基材的界面粘结力，减少界面缺陷，常用硅烷偶联剂（KH-550、KH-560、KH-570，对应氨基、环氧基、甲基丙烯酰基，匹配基体与基材），添加量 0.5%~2%，需提前对填料进行表面处理。
其他助剂：抗氧剂（1010、168，提升耐老化性，0.1%~0.5%）、阻燃剂（氢氧化铝、氢氧化镁、溴化环氧树脂，阻燃等级 UL94 V-0，5%~30%）、防霉剂（季铵盐，户外防腐涂料，0.1%~0.5%）、消泡剂（有机硅类，消除固化过程气泡，0.1%~0.3%）。
二、环氧树脂经典配方设计原则
环氧树脂配方设计无固定模板，核心是 **“按需设计”**—— 以应用场景的性能需求（如室温 / 高温固化、柔性 / 刚性、耐高温 / 耐腐蚀、粘结 / 浇注）为核心，兼顾工艺性（如粘度、可操作时间）与成本，遵循以下 6 大原则，避免性能冲突（如柔韧性与耐温性不可兼得，需平衡）。
1. 核心性能优先原则
先确定配方的核心需求，再选择对应基体与固化剂：
室温快速固化、粘结性优先：选 E-51 环氧树脂 + 脂肪胺类固化剂（如二乙烯三胺）；
耐高温、力学性能优先：选酚醛型环氧树脂 + 芳香胺类固化剂（如 DDM）；
柔性、密封性能优先：选 E-44 环氧树脂 + 聚酰胺 650 固化剂；
电气绝缘、低内应力优先：选 E-51 + 酸酐类固化剂（MTHPA）+ 促进剂（咪唑类）。
2. 配比精准原则
固化剂与环氧树脂的配比必须按当量比计算，偏差过大将导致：
固化剂不足：环氧基未完全交联，产品发粘、强度低、耐水性差；
固化剂过量：游离固化剂残留，产品内应力大、易开裂、耐候性劣化。示例：E-51 环氧树脂（环氧值 0.5）与二乙烯三胺（DETA，分子量 103，活泼氢数 5，胺氢当量 = 103/5=20.6）的配比 = 环氧值 × 胺氢当量 = 0.5×20.6=10.3，即 100g E-51 需加 10.3g DETA。
3. 工艺性适配原则
根据成型工艺调整体系粘度与可操作时间（适用期）：
浇注 / 灌封工艺：体系粘度需≤5000mPa・s（常温），可操作时间≥30min，选低粘度基体（E-51/F-51）+ 活性稀释剂；
胶黏剂涂布工艺：粘度需≤10000mPa・s，可操作时间≥20min，避免稀释剂过量导致流挂；
复合材料手糊工艺：粘度需适中，易浸润纤维，选 E-44 + 少量活性稀释剂 + 低触变助剂。
4. 界面相容原则
填料 / 基材与环氧树脂的界面粘结力直接决定产品性能，需通过偶联剂表面处理实现相容：
无机填料（玻璃纤维、氧化铝）：用硅烷偶联剂 KH-560（环氧基），与环氧树脂环氧基协同反应；
金属基材（钢铁、铝）：用硅烷偶联剂 KH-550（氨基），与金属表面羟基结合；
有机基材（塑料、木材）：用硅烷偶联剂 KH-570（甲基丙烯酰基），提升界面相容性。
5. 性能平衡原则
环氧树脂的核心性能存在此消彼长，需根据需求平衡，避免过度追求单一性能：
柔韧性↑→耐温性↓（聚酰胺固化剂柔韧性好但耐温低，芳香胺耐温高但脆性大）；
填料添加量↑→成本↓、硬度↑→粘度↑、浸润性↓（需控制填料目数与添加量，优选超细填料）；
固化速度↑→可操作时间↓（脂肪胺固化快但适用期短，可添加缓凝剂调整）。
6. 环保与安全原则
优先选择低毒、无挥发、环保型组分：减少非活性稀释剂（丙酮、二甲苯）使用，替换为活性稀释剂；优先选低毒固化剂（聚酰胺、酸酐类），替代高毒脂肪胺（乙二胺、二乙烯三胺，操作时需做好防护）；填料需干燥，避免甲醛、重金属等有害物质残留。
三、环氧树脂典型应用配方及工艺
以下为工业最常用的通用型配方（配比为质量比），可根据实际需求微调（如增韧、阻燃、降粘），均为室温 / 中温固化，工艺简单易操作，适配实验室与工业化生产。
（一）配方 1：室温快速固化胶黏剂（粘结金属 / 塑料 / 木材，核心：快干、高粘结力）
配方组成：E-51 环氧树脂（100）+ 二乙烯三胺（DETA，10~12）+ 环氧丙烷丁基醚（活性稀释剂，5~8）+KH-550 硅烷偶联剂（1）+ 气相二氧化硅（触变剂，2~3）；
核心性能：常温可操作时间 20~30min，常温固化 24h 后完全成型，拉伸剪切强度≥15MPa（金属 - 金属），粘结力强，耐水性一般；
工艺要点：① 基材表面处理（除锈、除油、打磨，提升粗糙度）；② 按配比依次混合，搅拌均匀（避免气泡）；③ 涂布后贴合，施加轻微压力（0.1~0.3MPa）；④ 室温固化，若需加速，可加热至 40~60℃固化 2~4h。
（二）配方 2：柔性胶黏剂 / 密封胶（核心：柔韧性、耐老化、密封性能，适配户外）
配方组成：E-44 环氧树脂（100）+ 聚酰胺 650 固化剂（60~80）+ 端羧基丁腈橡胶 CTBN（增韧剂，10~15）+ 滑石粉（填料，20~30）+KH-560 偶联剂（1）+ 抗氧剂 1010（0.3）；
核心性能：常温可操作时间 60~90min，常温固化 48h 后成型，断裂伸长率≥50%（柔韧性优异），拉伸强度≥8MPa，耐紫外线、耐水性好，适用于户外缝隙密封、柔性基材粘结；
工艺要点：聚酰胺 650 为膏状，需提前加热至 40~50℃降低粘度，再与环氧树脂混合，搅拌至无颗粒，避免填料团聚。
（三）配方 3：电气绝缘浇注料（核心：低内应力、高电绝缘性、耐高温，适配变压器 / 互感器）
配方组成：E-51 环氧树脂（100）+ 甲基四氢苯酐 MTHPA（酸酐固化剂，80~90）+2 - 乙基 - 4 - 甲基咪唑（促进剂，0.5~1）+ 石英粉（填料，150~200，800 目）+KH-560 偶联剂（1）+ 消泡剂（0.2）；
核心性能：中温固化（80℃/2h + 120℃/4h），体积电阻率≥10¹⁴Ω・cm，介电强度≥20kV/mm，Tg≥100℃，内应力小，无针孔、裂纹；
工艺要点：① 所有组分提前干燥（100℃/2h，去除水分）；② 混合后真空脱泡（-0.095MPa，10~15min），消除气泡；③ 浇注后缓慢升温（升温速率≤10℃/h），避免内应力开裂；④ 固化后缓慢冷却至室温。
（四）配方 4：通用型防腐涂料（核心：耐腐蚀性、附着力、成膜性，适配钢铁基材户外防腐）
配方组成：E-44 环氧树脂（100）+ 聚酰胺 610 固化剂（50~60）+ 环氧丙烷苯基醚（活性稀释剂，10~15）+ 氧化铁红（颜填料，30~40）+ 滑石粉（填料，20~30）+KH-550 偶联剂（1）+ 防霉剂（0.3）；
核心性能：常温可操作时间 30~60min，常温固化 7d 后完全成膜，漆膜厚度 50~100μm，耐盐雾≥500h，附着力（划格法）0 级，适用于钢铁桥梁、管道、设备防腐；
工艺要点：基材需喷砂除锈至 Sa2.5 级，漆膜分 2~3 道涂布，第一道薄涂（打底），间隔 24h 后涂第二道，避免厚涂导致流挂。
（五）配方 5：环氧树脂复合材料（玻璃纤维布增强，核心：高力学强度、耐高温，适配板材 / 型材）
配方组成：E-51 环氧树脂（100）+ 间苯二胺（芳香胺固化剂，15~18）+ 活性稀释剂（5~8）+ 玻璃纤维布（增强相，质量比 200~300）+KH-560 偶联剂（1）；
核心性能：高温固化（120℃/4h + 150℃/2h），弯曲强度≥150MPa，拉伸强度≥100MPa，Tg≥120℃，适用于航空航天、汽车轻量化板材；
工艺要点：玻璃纤维布用 KH-560 偶联剂预处理（浸泡后烘干），采用手糊 / 缠绕工艺，每铺一层纤维布涂布一次树脂，确保完全浸润，固化后进行后处理（150℃/2h），提升交联密度。
四、环氧树脂配方优化与常见问题解决
（一）配方优化方向：针对核心痛点调整
根据应用中出现的性能缺陷，针对性调整组分种类与配比，核心优化方向及方案如下：
脆性大、易开裂：添加增韧剂（CTBN 端羧基丁腈橡胶 5%~15% 或聚醚多元醇 3%~10%）；替换固化剂（脂肪胺→聚酰胺类）；减少填料添加量，增加活性稀释剂。
粘结力差、易脱落：基材表面彻底处理（除锈、除油、打磨）；添加偶联剂（KH-550/KH-560，0.5%~2%）；调整固化剂配比（按当量比精准计算，避免固化剂过量 / 不足）；选用低粘度基体，提升浸润性。
固化后有气泡、针孔：所有组分提前干燥（填料 / 树脂 100℃/2h）；添加消泡剂（有机硅类 0.1%~0.3%）；真空脱泡（混合后 - 0.095MPa 脱泡 10min）；减少非活性稀释剂使用（避免挥发）。
耐温性不足、高温软化：选用耐高温基体（酚醛型环氧树脂）；替换高温固化剂（脂肪胺→芳香胺 / 酸酐类）；提高交联密度（增加固化剂配比至当量比 1.0~1.1）；添加耐高温填料（氧化铝、石英粉）。
耐腐蚀性差、易老化：添加抗氧剂（1010+168 复配，0.3%~0.5%）；选用耐候性基体（脂环族环氧树脂）；添加防腐填料（氧化锌、云母粉）；户外场景增加耐紫外线助剂（炭黑、钛白粉）。
