觸變型雙組分丙烯酸酯膠粘劑的力學(xué)性能研究

劉蘇宇，韓勝利，張浩軍

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441057）

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，丙烯酸酯膠粘劑也隨之更新?lián)Q代。越來越多的工業(yè)領(lǐng)域開始使用新型產(chǎn)品代替早期的流淌型丙烯酸酯膠粘劑。新型高性能丙烯酸酯膠粘劑為觸變型膏狀產(chǎn)品，具有更好的力學(xué)、耐疲勞和耐候等特性，同時(shí)氣味也更低[1，2]。本研究重點(diǎn)介紹了新型丙烯酸酯膠粘劑的耐候性和耐疲勞性等特點(diǎn)，并對(duì)比了2組分在不同比例條件下產(chǎn)品性能的差異。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丁腈橡膠（NBR）、氯磺化聚乙烯（CSM）、甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、鄰苯二甲酸二丁酯、過氧類引發(fā)劑、胺類促進(jìn)劑、阻聚劑、增韌助劑、耐溫助劑，工業(yè)級(jí)，市售。

1.2 制備方法

1.2.1 甲組分的制備

（1）將NBR在開煉機(jī)上塑煉，薄通10次后出片，備用。

（2）將MMA、NBR、HEMA和增韌助劑等按配比投入到反應(yīng)釜中，通冷卻水，攪拌至NBR完全溶解。

（3）加入胺類促進(jìn)劑攪拌均勻待用。

1.2.2 乙組分的制備

（1）將MMA、CSM、HEMA、耐溫助劑和阻聚劑等按配比投入到反應(yīng)釜中，通冷卻水，攪拌至NBR完全溶解。

（2）加入MAA、引發(fā)劑攪拌均勻。

1.2.3 試片的制備

將25 mm×80 mm×2 mm的鍍鋅鋼板用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗表面并晾干。將甲、乙組分按體積比為1∶1進(jìn)行混合均勻，刮涂在鍍鋅鋼板表面，搭接并用模具固定，室溫固化24 h。

1.3 性能測(cè)試

（1）拉伸剪切強(qiáng)度：按照GB/T 7124—1986《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)定方法（金屬對(duì)金屬）》標(biāo)準(zhǔn)，采用萬能電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

（2）剝離強(qiáng)度：按照GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》，采用萬能電子拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同混合比例對(duì)丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響

2組分不同混合比例對(duì)丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響如圖1所示。

圖1 不同混合比例對(duì)丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響Fig.1 Effect of component mixing ratio on fatigue resistance of acrylic adhesive

由圖1可知：隨著2組分混合比例的變化，抗震動(dòng)疲勞次數(shù)逐漸降低，在相對(duì)最佳比例時(shí)，可抗震動(dòng)次數(shù)超過600萬次，而當(dāng)V（甲）∶V（乙）=1∶5時(shí)，可抗震動(dòng)次數(shù)已低于200萬次，超出了軌道交通及常規(guī)公路運(yùn)輸行業(yè)的最低標(biāo)準(zhǔn)要求。由于產(chǎn)品中添加了增韌助劑，使體系具有相對(duì)較好的柔韌性，保證了產(chǎn)品在高速震動(dòng)過程中具有較好的強(qiáng)度。不同的混合比例將影響增韌劑在體系中的含量，當(dāng)混合比例高于1∶1時(shí)，即甲組分含量小于50%時(shí)，體系中增韌劑含量不足，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品固化后的交聯(lián)網(wǎng)狀體系中無法有效填充，在內(nèi)外應(yīng)力作用下，從體系內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力傷痕，從而導(dǎo)致耐疲勞性能的降低；當(dāng)混合比例低于1∶1時(shí)，即甲組分含量高于50%時(shí)，體系中增韌劑含量過多，超量的增韌劑在體系中呈游離狀態(tài)，產(chǎn)生假性內(nèi)增塑作用，從而導(dǎo)致產(chǎn)品整體聚合強(qiáng)度的降低，最終表現(xiàn)為疲勞性能的下降；因此混合比例為1∶1，是最佳混合比。

2.2 不同混合比例對(duì)冷、熱沖擊老化后剝離強(qiáng)度的影響

2組分不同混合比例對(duì)冷、熱沖擊老化后剝離強(qiáng)度的影響如圖2所示。

圖2 不同混合比例與冷、熱沖擊老化后剝離強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of component mixing ratio on peeling strength after thermal shock aging

由圖2可知：當(dāng)V（甲）∶V（乙）=1∶1時(shí)，老化后的剝離強(qiáng)度超過了9 N/25 mm，為9.2 N/25 mm。冷、熱沖擊循環(huán)老化條件為-40 ℃至80 ℃的循環(huán)老化，共80個(gè)循環(huán)周期，主旨在考驗(yàn)產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是否能夠滿足要求。不同的混合比例會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中物質(zhì)比例發(fā)生變化，從而導(dǎo)致體系的Tg發(fā) 生變化，進(jìn)而老化后強(qiáng)度隨之發(fā)生變化。所以1∶1的體積比為相對(duì)最佳的混合比例。

2.3 不同混合比例對(duì)高溫、高濕老化后剝離強(qiáng)度的影響

不同混合比例對(duì)高溫、高濕老化后剝離強(qiáng)度的影響如圖3所示。

圖3 不同混合比例與高溫、高濕老化后剪切強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of component mixing ratio on peeling strength after high temperature and high humidity aging

由圖3可知：經(jīng)過高溫、高濕老化后，剝離強(qiáng)度有了明顯的降低，1∶1體積比混合的產(chǎn)品衰減率相對(duì)最少，為20.8%，4∶1體積比混合的產(chǎn)品衰減率達(dá)到了59%。這說明，1∶1的體積混合比在經(jīng)過高溫、高濕老化后，剝離強(qiáng)度仍有7.6 N/25 mm，具有相對(duì)最佳的強(qiáng)度保持率。這是由于產(chǎn)品中使用了新型的耐溫樹脂，這種樹脂能夠有效提高產(chǎn)品的交聯(lián)密度，提升了相對(duì)分子質(zhì)量，從而使高溫老化后的強(qiáng)度相對(duì)較好[3～5]。

3 結(jié)論

隨著雙組分混合比例發(fā)生變化，反應(yīng)體系中氧化還原劑的用量及比例也隨之發(fā)生變化；當(dāng)體系內(nèi)氧化劑或還原劑的用量不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致全反應(yīng)體系的反應(yīng)速率及轉(zhuǎn)化率的降低，造成產(chǎn)品固化后的交聯(lián)密度大幅下降，外觀表現(xiàn)為膠體本體強(qiáng)度的下降，從而使各項(xiàng)力學(xué)性能出現(xiàn)衰減。新型的丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠，精確控制了混合比例，從而取得了相對(duì)最佳的力學(xué)性能。在新氧化還原體系和性能助劑的參與下，高溫、高濕老化后的剝離強(qiáng)度為7.6 N/25 mm，強(qiáng)度保持率為20.8%；冷、熱沖擊老化剝離強(qiáng)度為9.2 N/25 mm；在60 Hz、40%載荷條件下震動(dòng)，其可耐受次數(shù)大于600萬次；2組分的體積比為1∶1時(shí)，性能相對(duì)最佳。

[1]侯一斌,陸企亭.丙烯酸酯膠粘劑的發(fā)展概況[J].粘接,2007,28(5):36-40.

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[3]陳雨玲,伍玉嬌,蒙日亮.PP/PA6/APP/OMMT復(fù)合材料的濕熱老化性能研究[J].工程塑料應(yīng)用.2010,38(10):68-72.

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