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      高粘接強度金屬膠粘劑的研制

      來源:中國粘膠劑網  作者:*  日期:2015-6-24
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        摘要:以雙酚A 型環氧樹脂(EP)為基體樹脂,雙氰胺(DCA)為固化劑,咪唑為固化促進劑,烯丙基縮水甘油醚(AGE)為活性稀釋劑,并加入聚氨酯(PU)熱熔膠,制備了用于金屬的膠粘劑。通過紅外光譜分析,凝膠時間、力學性能和耐候性測試研究了配方組成及PU 熱熔膠膠含量對膠粘劑性能的影響。結果表明:m(EP)∶m(DCA)∶m(咪唑)= 100∶10∶1,ω(AGE)= 7%,ω(PU)= 30%(基于EP 質量),固化條件為100℃/0.5 h,而后140℃/1 h 時,可得到粘接強度為32.94 MPa,耐候性優異的金屬膠粘劑。
        關鍵詞:環氧樹脂;聚氨酯熱熔膠;金屬;膠粘劑;粘接強度;耐候性

        經過反復實驗,選擇EP 膠粘劑的最佳固化溫度為100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h 時較適宜。

        2.1.3 稀釋劑對環氧膠粘劑的影響

        PU 熱熔膠與EP 相容性不好,需要加入稀釋劑,同時降低膠粘劑的粘度(詞條“粘度”由行業大百科提供),才能使膠粘劑在實際運用中有更好的可操作性。不同試樣,粘度不同,稀釋劑的用量也不相同。本實驗選用AGE 作為活性稀釋劑,當AGE 用量太少時,膠粘劑不能很好地攪拌和涂布,AGE 用量過多時,對膠粘劑的粘接性能以及其他一些性能有影響,根據體系的粘度(3 Pa·s)并經過反復實驗確定:只有當其用量為ω(AGE)=7%(相對于EP 質量而言),才能達到最佳效果。

        2.2 EP 膠粘劑的FT-IR表征與分析

        在其他條件保持不變的前提下,固化條件為100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h,EP 膠粘劑固化前后的FT-IR 曲線見圖1。

        由圖1 可知,908 cm-1 為環氧基團的吸收峰,通過對固化前后對比,EP 膠粘劑固化后,在908cm-1 處環氧基團的特征吸收峰基本消失,說明在此固化條件(100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h)下制得的EP 環氧膠粘劑已固化完全。完全固化后,其他基本基團的特征吸收峰依然存在,但是由于一些新的基團生成,使相應基團部分發生紅移或藍移。

        2.3 PU熱熔膠對EP 膠粘劑性能的影響

        2.3.1 PU 熱熔膠含量對膠粘劑粘接強度的影響

        在其他條件保持不變的情況下,PU 熱熔膠含量對EP 膠粘劑粘接強度的影響如表2 所示。

        從表2 可以看出,EP 膠粘劑自身的粘接強度并不高,但加入PU 熱熔膠后,粘接強度有明顯的增加,當熱熔膠的質量分數為30%時,粘接強度達到最大值32.94 MPa,粘接強度增加了59.5%。繼續增加熱熔膠的含量,粘接強度反而開始下降,這是由于環氧樹脂在固化的過程中,分子結構會發生旋轉,引起表觀收縮,且脆性較大,會產生內應力。加入PU 熱熔膠后,與環氧樹脂相容,在固化時,熱熔膠填充了樹脂官能團之間空隙,降低了膠粘劑的收縮率,減小了內應力,幾乎不會產生應力集中,才使膠粘劑與金屬之間有更好的表面潤濕能力,粘接強度增加;當質量分數超過30%,隨著熱熔膠含量的繼續增加,樹脂中熱熔膠已經飽和,熱熔膠部分單獨起著膠結作用,所以會降低整體膠粘劑的粘接強度。純PU 熱熔膠的粘接強度僅為8.16 MPa,因此只有兩者結合使用才能起到增強作用。

        2.3.2 PU 熱熔膠含量對膠粘劑耐候性的影響

        在其他條件保持不變的情況下,PU 熱熔膠含量對EP 膠粘劑耐候性的影響見圖2 所示。

        由圖2 可知,隨著PU 熱熔膠含量的增加,膠粘劑的耐候性逐漸增強,當熱熔膠的質量分數為30%時,老化前后的粘接強度變化不大,即耐候性較好。這是由于聚氨酯是熱塑性樹脂,分子結構為線形,柔韌性較好;EP 是熱固性樹脂,固化后呈脆性。加入PU 熱熔膠的EP 經固化后,收縮率下降,內應力減小,耐熱(詞條“耐熱”由行業大百科提供)老化性有較大的提高。

        2.3.3 PU 熱熔膠含量對膠粘劑抗沖擊強度的影響

        在其他條件保持不變的情況下,PU 熱熔膠含量對EP 膠粘劑抗沖擊強度的影響見圖3 所示。

        由圖3 可知,隨著PU 熱熔膠含量的增多,膠粘劑的抗沖擊強度有了明顯提高。當在環氧樹脂中添加10%的PU 熱熔膠后,樹脂的抗沖擊強度明顯增加,從16.7 kJ/m2 升至27.8 kJ/m2;隨著PU 熱熔膠含量的進一步增加,其抗沖擊強度增加緩慢,當PU 熱熔膠的質量分數為30%時,沖擊強度可達32.4 kJ/m2。這是由于PU 熱熔膠為線形熱塑性樹脂,分子鏈柔性好,有很好的韌性,而EP 為熱固性樹脂,固化后呈脆性。EP 中添加PU 熱熔膠固化時,柔性分子鏈可以填充立體網狀結構的空隙,能使結構受力均勻,減小內應力,同時在受到沖擊力時,可以起到緩沖作用,分散作用力,使得其抗沖擊強度增大。

        綜上所得,選用含質量分數為30%的PU 熱熔膠效果最好。

        3.結論

        以雙酚A 型環氧樹脂(GRLR-128)為基體樹脂,聚氨酯(PU)熱熔膠為增強、增韌填料,雙氰胺(DCA)為固化劑,咪唑為固化促進劑,烯丙基縮水甘油醚(AGE)為活性稀釋劑,制備了1 種適用于金屬的高粘接強度膠粘劑,并對該膠粘劑做了紅外表征和相關性能測試,得出如下結論:

        1)固化溫度和時間對固化產物的性能有較大影響,該體系的最佳固化溫度制度為:100 ℃/0.5 h +140 ℃/1 h。

        2)通過對環氧膠粘劑固化物進行紅外表征及粘接強度、耐候性、抗沖擊強度的性能測試,得出當m(EP)∶ m(DCA)∶ m(咪唑)= 100 ∶ 10 ∶ 1,ω(AGE)= 7%,ω (PU) = 30%(均相對于EP 而言)時,此時可得到最高粘接強度為32.94 MPa,耐老化性和韌性較好的用于金屬粘接的高粘接強度膠粘劑。

        參考文獻:

        [1]邵霞,鄭懷禮. 單組分常溫固化EP 膠粘劑的研制[J]. 中國膠粘劑,2010,19(2):30-32.

        [2]馬曉旺,陳貽熾,朱立群,等. 改性環氧樹脂光固化速粘膠的粘接應用研究[J]. 中膠粘劑,2010,19(2):33-37.

        [3]Boisvert J P,Guyard A. Influence of structural properties onnonimpact printability of nanostructured silica -polymer coatings

        [J].Imagine Sci.Technol.2003,47(3):62-81.

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        [6]張斌. 聚氨酯改性環氧樹脂膠粘劑的合成及性能[J]. PU 技術·粘接劑,2004,6(3):75-79.

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