一種可常溫固化的高強(qiáng)高韌環(huán)氧膠粘劑的研制

趙升龍 劉清方 梁濱 宋江鵬

摘要：介紹一種高強(qiáng)高韌環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的研制，該膠的特點(diǎn)是可在常溫固化，強(qiáng)度高、韌性好，同時(shí)具有較好的耐溫性和耐環(huán)境老化性能。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑;常溫固化;高強(qiáng)高韌

中圖分類(lèi)號(hào)：TB324 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）02-0013-03

0前言

常溫固化膠粘劑因其固化時(shí)可以不加溫，簡(jiǎn)化了零部件的加工過(guò)程，節(jié)省能源，適合于外場(chǎng)施工和膠接修理，降低了使用成本，提高了生產(chǎn)效率，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

增韌技術(shù)是高強(qiáng)高韌環(huán)氧膠粘劑的關(guān)鍵技術(shù)。環(huán)氧樹(shù)脂的增韌有內(nèi)增韌和外增韌。內(nèi)增韌是在樹(shù)脂或固化劑組分的分子結(jié)構(gòu)中引入具有韌性的基團(tuán)來(lái)提高韌性。外增韌則是通過(guò)添加增韌劑來(lái)提高樹(shù)脂體系的韌性，一般的外增韌方法有橡膠彈性體增韌、熱塑性樹(shù)脂增韌、核殼結(jié)構(gòu)增韌，剛性粒子增韌、液晶聚合物增韌、互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物增韌等。

國(guó)外生產(chǎn)常溫固化環(huán)氧膠的廠(chǎng)家和品種很多，比較典型的有3M公司的EC-2615，EC-3333，Loctite公司的EA9330、EA9309.3，Hexcel公司的Redux810。這些膠的普遍特點(diǎn)是既具有較高的剪切強(qiáng)度，又具有較高的剝離強(qiáng)度，比如EC-2615常溫剪切強(qiáng)度達(dá)39.6MPa，常溫剝離強(qiáng)度達(dá)17.15kN/m，EA9330常溫剪切強(qiáng)度達(dá)43.4MPa，常溫剝離強(qiáng)度達(dá)17.24kN/m，Redux810常溫剪切強(qiáng)度達(dá)41.3MPa，常溫剝離強(qiáng)度達(dá)13.32kN/m。

國(guó)內(nèi)這幾年在高強(qiáng)高韌常溫固化環(huán)氧膠粘劑方面的研究也取得了一定的進(jìn)步，但與國(guó)外相比差距還較大。本研究采用不同的外增韌劑改性環(huán)氧樹(shù)脂，配合具有內(nèi)增韌作用的胺類(lèi)固化體系，以期研制出達(dá)到或接近國(guó)外水平的高強(qiáng)高韌常溫固化環(huán)氧膠粘劑，適應(yīng)我國(guó)在航空、航天、電子、鐵路等領(lǐng)域?qū)Υ祟?lèi)膠粘劑的需求。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

環(huán)氧樹(shù)脂E-51，南通星辰合成材料有限公司;奇士增韌劑QS-BE，奇士科技有限公司;聚氨酯增韌劑PI，自制;橡膠增韌劑CTBN，CVC公司;核殼粒子增韌劑，日本鐘淵公司;胺類(lèi)固化體系，自配;觸變劑A-380，德固薩公司;填料，市售。

1.2膠接試樣的制備和性能測(cè)試

膠粘劑的剪切試樣為1.6mm厚進(jìn)口2024T3或國(guó)產(chǎn)2A12鋁合金;鋁合金表面經(jīng)磷酸陽(yáng)極化處理;剪切強(qiáng)度按GB/T7124進(jìn)行測(cè)試。

膠粘劑的剝離試樣薄試片為0.5mm進(jìn)口2024T3或國(guó)產(chǎn)2A12鋁合金;厚試片為1.6mm進(jìn)口2024T3或國(guó)產(chǎn)2A12鋁合金;鋁合金表面經(jīng)磷酸陽(yáng)極化處理。剝離強(qiáng)度按GB/T7122進(jìn)行測(cè)試

固化條件為25℃固化7d或60℃固化2h。

2結(jié)果與討論

2.1增韌劑的選擇

研制環(huán)氧膠粘劑時(shí)一般需添加合適的增韌劑來(lái)獲得膠粘劑的良好韌性。本研究選用奇士增韌劑、聚氨酯增韌劑、橡膠增韌劑和核殼粒子增韌劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌。固化條件為60℃/2h的力學(xué)性能結(jié)果如表1所示。

由表1可知，采用奇士增韌劑的膠粘劑常溫剪切強(qiáng)度相對(duì)較低，采用其他3種增韌劑的膠粘劑常溫剪切強(qiáng)度相當(dāng);采用核殼粒子增韌劑的膠粘劑70℃剪切強(qiáng)度的性能最高。采用奇士增韌劑的膠粘劑常溫剝離強(qiáng)度稍差，采用聚氨酯增韌劑和橡膠增韌劑的膠粘劑常溫剝離強(qiáng)度相當(dāng)，而采用核殼粒子增韌劑的膠粘劑常溫剝離強(qiáng)度最高，達(dá)到了1 1.6kN/m。從增韌機(jī)理分析，奇士增韌劑、聚氨酯增韌劑和橡膠增韌劑雖然有較好的韌性，固化過(guò)程需要分相，有部分增韌劑留在基體相中，且其耐熱性不好，導(dǎo)致膠粘劑的整體耐熱性下降;而核殼粒子增韌劑是有核和殼兩部分組成，包括耐熱性較好的剛性外殼和提供韌性的內(nèi)核，提高了膠粘劑韌性的同時(shí)，遇到溫度升高時(shí)，增韌劑的外殼起到很好的保護(hù)和緩沖作用，使膠粘劑也收獲了較好的耐熱性。綜合考慮，本研究選用核殼粒子增韌劑。

2.2不同增韌劑的用量對(duì)膠粘劑力學(xué)性能的影響

本研究選用核殼粒子為增韌劑對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，對(duì)不同增韌劑用量的膠粘劑進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，增韌劑用量為25%時(shí)，膠粘劑的常溫剪切強(qiáng)度和70℃剪切強(qiáng)度性能最高，常溫剝離強(qiáng)度也較高，最終選擇核殼粒子增韌劑用量為25%。命名此膠粘劑為SY-49膠粘劑。

2.3不同固化條件對(duì)膠粘劑膠接性能的影響

表3列出了SY-49膠粘劑在常溫和60℃兩種溫度下固化的性能對(duì)比。

由表3可知，SY-49膠粘劑經(jīng)2種條件固化后，膠粘劑的常溫剪切強(qiáng)度在采用常溫固化時(shí)性能較高，而70℃剪切強(qiáng)度和常溫剝離強(qiáng)度在采用60℃固化時(shí)陛能較高。

2.4不同環(huán)境條件對(duì)膠接性能的影響

為了考察SY-49膠粘劑的耐環(huán)境老化性能，將粘接好的剪切試樣和剝離試樣放入4種環(huán)境中老化一個(gè)月，測(cè)試的性能列于表4中。

由表4可知，4種條件老化一個(gè)月后，SY-49膠粘劑剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度均有所下降，剪切強(qiáng)度下降率在15%一25%之間，剝離強(qiáng)度下降率在10%92下。燃油浸泡和鹽霧老化后的剪切強(qiáng)度稍高于液壓油浸泡和濕熱老化后的剪切強(qiáng)度，但4種條件老化一個(gè)月后的剪切強(qiáng)度都高于30MPa。而液壓油浸泡和濕熱老化后的剝離強(qiáng)度稍高于燃油浸泡和鹽霧老化后的剝離強(qiáng)度，但4種條件老化1個(gè)月后的剝離強(qiáng)度都高9.0kN/m。

2.5 SY-49膠粘劑與國(guó)外膠粘劑實(shí)測(cè)力學(xué)性能對(duì)比

在同等試驗(yàn)條件下，將SY-49膠粘劑與樂(lè)泰公司的EA9309.3膠粘劑進(jìn)行實(shí)測(cè)性能對(duì)比。表5列出60℃/4h固化后兩種膠粘劑的實(shí)測(cè)性能對(duì)比結(jié)果。

由表5可知，在同等試驗(yàn)條件下，SY-49膠粘劑與EA9309.3膠粘劑相比，80℃和-55℃剪切強(qiáng)度EA9309.3膠粘劑稍高，常溫剪切強(qiáng)度和常溫剝離強(qiáng)度SY-49膠粘劑稍高。綜合比較兩種膠粘劑的典型力學(xué)性能相近。

3結(jié)語(yǔ)

1）用4種增韌劑對(duì)環(huán)氧膠粘劑增韌改性比較，試驗(yàn)表明，核殼粒子增韌的膠粘劑剝離強(qiáng)度較高，耐熱性也較好;

2）SY-49膠粘劑適用于常溫7d和60℃2h兩種不同的固化工藝;

3）SY-49膠粘劑具有較好的耐老化性能;

4）在同等試驗(yàn)條件下，SY-49膠粘劑與EA9309.3膠粘劑力學(xué)性能相近。