中圖分類號(hào): TQ437+ .6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1001-5922(2025)07-0037-04
Abstract:The efect of diluent type on apparent properties,bond strength,hardness,adhesion,hygroscopicity,and thermomechanical properties was studied.The results showed thatthe type of diluent had a significant impact on the apparent properties of the adhesive,with 669,692 and OXA as diluents having beter apparent properties and ECC having the shortest geling time whenECC wasusedas diluent.The finaladhesive strength of theadhesive specimens was EP3,OXA,669 and 692in descending order,but the bonding and seting time of the adhesive specimens was long(≥3O min)when OXA was used as a diluent.When EP3,669,692 and DOX were used as diluents,the pencil hardness of the adhesive samples was 2 H,and the orderof Shore hardness was EP3,DOX,669,OXA,692, and the adhesion of the adhesive samples was grade 2 when EP3,669 and DOX were used as diluents.When 669 and 692 are used as diluents,the impact strength of the adhesive specimen was higher than 100J/cm2 . Adhesives with EP3 and 692 as diluents had lower glass transition temperatures and crosslinking densities than adhesives with 669 as diluents.
Key words :diluent ; adhesive ;apparent performance ; mechanical properties ; moisture absorption performance
膠粘劑作為一種能夠通過粘附力和內(nèi)聚力將不同類型的物體粘合在一起的物質(zhì)[1],在現(xiàn)代城市軌道交通供電設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛,這主要是因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ü╇娫O(shè)備中零部件較多,不同種類和不同材質(zhì)的零部件在安裝和維護(hù)過程中不可避免地需要進(jìn)行連接2;而焊接等方式的連接會(huì)造成零部件基本物性的改變且不易在尺寸較小的零部件中使用,因此,較為適宜的方法是選擇合適的膠粘劑進(jìn)行連接[3-5]。目前,市場(chǎng)上常見的城市軌道交通供電設(shè)備中使用的膠粘劑多為光固化膠粘劑,生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中光固化膠粘劑的存儲(chǔ)較為復(fù)雜,這主要是因?yàn)楣夤袒瘎┰谧贤夤庹丈錀l件下回發(fā)生固化而產(chǎn)生凝膠[6],影響光固化劑的正常使用。此外,光固化劑在對(duì)不同物體進(jìn)行粘接時(shí),在固化劑受到紫外光照射而凝固的操作時(shí)間窗口還會(huì)對(duì)膠粘劑試樣的最終使用性能產(chǎn)生重要影響[7-9]。稀釋劑在膠粘劑固化過程中起著至關(guān)重要的作用,且稀釋劑的種類繁多,不同種類的稀釋劑對(duì)膠粘劑各項(xiàng)性能的影響各不相同,而目前關(guān)于稀釋劑類型對(duì)膠粘劑試樣各項(xiàng)性能的影響規(guī)律尚不清楚[10-12]。在此基礎(chǔ)上,研究了稀釋劑類型對(duì)表觀性能、粘接強(qiáng)度、硬度、附著力、吸濕性能和熱機(jī)械性能的影響,結(jié)果可為城市軌道交通供電設(shè)備中膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)原材料
原材料包括市售雙酚A環(huán)氧樹脂(E51)、3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯(ECC)、三羥甲基丙烷縮水甘油醚(EP3)、3-乙基-3-羥甲基氧雜環(huán)丁烷(OXA)、1,6己二醇二縮水甘油醚(669)、苯基縮水甘油醚(692)、雙(1-乙基(3-氧雜環(huán)丁基)甲基)醚 C12H22O3(DOX) 。
1.2 試樣制備
按照雙酚A環(huán)氧樹脂(E51)質(zhì)量占比 75% 的比例與稀釋劑(ECC、EP3、669、692、OXA、DOX)進(jìn)行混合,高速攪拌 30min 混合均勻后,制備不同稀釋劑的液態(tài)膠粘劑。將上述膠粘劑置于真空烘箱中進(jìn)行避光脫泡處理,時(shí)間為 60min ,儲(chǔ)存?zhèn)溆?。在制備搭接接頭試樣時(shí),以304不銹鋼作為基材,表面經(jīng)過清洗和吹干后涂抹膠粘劑(厚度控制在 50μm ),紫外光(紫外光源采用XPASXLITE800X型光固化機(jī))照射不同時(shí)間進(jìn)行搭接,搭接過程中對(duì)搭接試樣進(jìn)行0.1MPa的施壓,固化后測(cè)試力學(xué)性能。
1.3 測(cè)試表征
根據(jù)GB/T6739—2022《色漆和清漆鉛筆法測(cè)定漆膜硬度》進(jìn)行硬度測(cè)試,GB/T2409—2020《色漆和清漆劃格實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行附著力測(cè)試[13],GB/T1732—2020《漆膜耐沖擊測(cè)定法》進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測(cè)試;不同稀釋劑的膠粘劑試樣的固化收縮率通過比重瓶法進(jìn)行測(cè)定;不同稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量采用丙酮浸泡法進(jìn)行測(cè)試;吸水率測(cè)試通過將膠粘劑試樣浸泡一定時(shí)間,采用電子天平稱量浸泡前后的質(zhì)量并計(jì)算吸水率14];根據(jù)GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定(剛性材料對(duì)剛性材料)》,采用INSTRON5500型萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試;采用DMA動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀對(duì)膠粘劑試樣進(jìn)行熱機(jī)械性能測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 稀釋劑對(duì)膠粘劑試樣表觀性能的影響
表1為紫外光輻照條件下稀釋劑對(duì)膠粘劑試樣表觀性能的影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
由表1可知,當(dāng)輻照時(shí)間為 1min 時(shí),含有ECC、EP3、669、692、OXA、DOX稀釋劑的膠粘劑的表觀分別呈現(xiàn)嚴(yán)重拉絲或凝膠化、保持液體狀態(tài)、保持液體狀態(tài)、保持液體狀態(tài)、保持液體狀態(tài)和保持液體狀態(tài),即在 1min 輻照條件下含ECC的膠粘劑就已經(jīng)發(fā)生凝膠化;隨著輻照時(shí)間延長(zhǎng),含ECC的膠粘劑的表面都發(fā)生了表面固化。對(duì)于含有EP3的膠粘劑,在輻照時(shí)間為 3min 時(shí),膠粘劑仍然保持液體狀態(tài),在輻照時(shí)間為 15min 及以上時(shí)呈現(xiàn)嚴(yán)重拉絲或凝膠化;對(duì)于含有669的膠粘劑,在輻照時(shí)間為1~20min 時(shí),膠粘劑仍然保持液體狀態(tài),在輻照時(shí)間為 30min 時(shí)呈現(xiàn)嚴(yán)重拉絲或凝膠化;對(duì)于含有692的膠粘劑,在輻照時(shí)間為 1~5min 時(shí)膠粘劑仍然保持液體狀態(tài),在輻照時(shí)間為 10,15min 時(shí)膠粘劑呈現(xiàn)輕微拉絲狀態(tài),在輻照時(shí)間為 30min 時(shí)呈現(xiàn)嚴(yán)重拉絲或凝膠化;對(duì)于含有OXA的膠粘劑,在輻照時(shí)間為 1~30min 時(shí)膠粘劑都保持液體狀態(tài);對(duì)于含有DOX的膠粘劑,在輻照時(shí)間為 1min 時(shí)膠粘劑保持液體狀態(tài),在輻照時(shí)間為 3min 時(shí)膠粘劑呈現(xiàn)輕微拉絲狀態(tài),在輻照時(shí)間為 5,10min 時(shí)呈現(xiàn)嚴(yán)重拉絲或凝膠化,在輻照時(shí)間為 15min 及以上時(shí)發(fā)生表面固化。由此可見,稀釋劑類型對(duì)膠粘劑的表觀性能會(huì)造成重大影響,當(dāng)膠粘劑中以669、692和OXA作為稀釋劑時(shí)具有較好的表觀性能,ECC作為稀釋劑時(shí)凝膠時(shí)間最短,這主要與稀釋劑的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)有關(guān)[15],存在有利于開環(huán)反應(yīng)的稀釋劑將有助于改善膠粘劑反應(yīng)活性并延長(zhǎng)凝膠時(shí)間。
2.2稀釋劑對(duì)膠粘劑試樣粘接定型時(shí)間和粘接強(qiáng)度的影響
表2為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 25% 不同稀釋劑對(duì)膠粘劑試樣粘接定型時(shí)間和粘接強(qiáng)度的影響統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
由表2可知,當(dāng)稀釋劑為EP3時(shí),粘接定型時(shí)間小于等于 10min 、初始粘接強(qiáng)度為 2.95MPa 最終粘接強(qiáng)度為 3.53MPa ;當(dāng)稀釋劑為669時(shí),粘接定型時(shí)間介于 10~20min 、初始粘接強(qiáng)度為2.11MPa、最終粘接強(qiáng)度為 3.14MPa ;當(dāng)稀釋劑為692時(shí),粘接定型時(shí)間小于 10min 、初始粘接強(qiáng)度為1.14MPa 、最終粘接強(qiáng)度為2.81MPa;當(dāng)稀釋劑為OXA時(shí),粘接定型時(shí)間大于等于 30min 最終粘接強(qiáng)度為 3.19MPa 。可見,膠粘劑試樣最終粘接強(qiáng)度從大至小順序依次為:EP3、OXA669692,但是OXA作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的粘接定型時(shí)間長(zhǎng)( ?30min )。
2.3不同稀釋劑類型的膠粘劑試樣的物理性能
表3為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 25% 不同稀釋劑類型的固化物的物理性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
由表3可知,當(dāng)稀釋劑為EP3時(shí),膠粘劑試樣的鉛筆強(qiáng)度為 2H 、邵氏硬度為 94HA 、附著力為2級(jí)、沖擊強(qiáng)度為 71J/cm2 ;當(dāng)稀釋劑為669時(shí),膠粘劑試樣的鉛筆強(qiáng)度為 2H 、邵氏硬度為 88HA 、附著力為2級(jí)、沖擊強(qiáng)度大于 100J/cm2 ;當(dāng)稀釋劑為692時(shí),膠粘劑試樣的鉛筆強(qiáng)度為 2H 、邵氏硬度為84HA 、附著力為1級(jí)、沖擊強(qiáng)度大于 100J/cm2 ;當(dāng)稀釋劑為OXA時(shí),膠粘劑試樣的鉛筆強(qiáng)度為1H、邵氏硬度為 87HA. 附著力為1級(jí)、沖擊強(qiáng)度為88J/cm2 ;當(dāng)稀釋劑為DOX時(shí),膠粘劑試樣的鉛筆強(qiáng)度為2H、邵氏硬度為 91HA 、附著力為2級(jí)、沖擊強(qiáng)度為 71J/cm2 。EP3、669、692和DOX作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的鉛筆硬度都為2H,邵氏硬度從大至小順序依次為:EP3、DOX、669、OXA、692;EP3、669和DOX作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的附著力都為2級(jí),669和692作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的沖擊強(qiáng)度高于 100J/cm2 。
2.4不同稀釋劑類型的膠粘劑試樣的吸濕性能
由圖1可知,EP3、669、692、OXA、DOX作為稀釋劑的膠粘劑的吸水率會(huì)隨著時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大;但在相同時(shí)間內(nèi),不同稀釋劑的膠粘劑的吸水率不同,吸水率從高至低順序依次為0XA、669、EP3、692、DOX,這主要是因?yàn)槲首罡叩腛XA是單官能度活性稀釋劑,在加入膠粘劑中會(huì)造成體系的膠粘密度降低,且自身結(jié)構(gòu)中羥基基團(tuán)的存在也會(huì)一定程度提升吸水率[16-17]。從凝膠含量和固化收縮率測(cè)試結(jié)果可知,當(dāng)以EP3作為稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量和固化收縮率分別為82. 53% 和7.20% ;當(dāng)以669作為稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量和固化收縮率分別為 87.58% 和 5.84% ;當(dāng)以692作為稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量和固化收縮率分別為 94.12% 和 4.32% ;當(dāng)以O(shè)XA作為稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量和固化收縮率分別為97.17% 和 3.45% ;當(dāng)以DOX作為稀釋劑的膠粘劑試樣的凝膠含量和固化收縮率分別為 88.25% 和7.01% ??梢?,凝膠含量從大至小順序依次為:OXA、692、DOX、669、EP3,固化收縮率從大至小順序依次為:EP3、DOX、669、692、OXA,這主要與膠粘劑中稀釋劑不同而造成固化時(shí)內(nèi)應(yīng)力差異有關(guān)[18-19] 。
2.5不同稀釋劑對(duì)膠粘劑試樣熱機(jī)械性能的影響
表4中列出了相應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、儲(chǔ)能模量和交聯(lián)密度測(cè)試結(jié)果。
由表4可知,EP3、669、692、OXA、DOX作為稀釋劑的膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為74.54、90.15、74.41、95.12和 92.6492C ,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從大至小順序依次為:OXA、DOX、669、EP3、692。0℃時(shí)EP3、669、692、OXA、DOX作為稀釋劑的膠粘劑的儲(chǔ)能模量分別為 2 279.62,1 941.66.2 007.34 、1475.25和 1957.71MPa;309 C時(shí)EP3、669、692、OXA、DOX作為稀釋劑的膠粘劑的儲(chǔ)能模量分別為16.64,20.97,10.40,6.74 和 11.29MPa ,高溫下膠粘劑的儲(chǔ)能模量有不同程度減小。從交聯(lián)密度測(cè)試結(jié)果看,EP3、669、692、OXA、DOX作為稀釋劑的膠粘劑的交聯(lián)密度分別為 1.87×10-3,2.24×10-3 、1.20×10-3,0.78×10-3 和 1.24×10-3mol/cm ,交聯(lián)密度從大至小順序依次為:669、EP3、DOX、692、OXA。以EP3和692作為稀釋劑的膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和交聯(lián)密度要低于以669作為稀釋劑的膠粘劑,這主要是因?yàn)楹笳呓Y(jié)構(gòu)中含有更多的醚鍵,在形成固化物時(shí)會(huì)結(jié)合得更加緊密,在增加交聯(lián)密度的同時(shí)會(huì)具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[20]
3結(jié)語
(1)城市軌道交通供電設(shè)備中稀釋劑類型對(duì)膠粘劑的表觀性能會(huì)造成重大影響,當(dāng)膠粘劑中以669、692和OXA作為稀釋劑時(shí)具有較好的表觀性能,ECC作為稀釋劑時(shí)凝膠時(shí)間最短;
(2)城市軌道交通供電設(shè)備用膠粘劑試樣最終粘接強(qiáng)度從大至小順序依次為:EP3、OXA、669、692,但是OXA作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的粘接定型時(shí)間太長(zhǎng)( ?30min )。EP3、669、692和DOX作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的鉛筆硬度都為2H,邵氏硬度從大至小順序依次為:EP3、DOX、669、OXA、692。EP3、669和DOX作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的附著力都為2級(jí)。669和692作為稀釋劑時(shí)膠粘劑試樣的沖擊強(qiáng)度高于 100J/cm2 :
(3)城市軌道交通供電設(shè)備中不同稀釋劑的膠粘劑的吸水率不同,吸水率從高至低順序依次為:OXA、669、EP3、692、DOX;凝膠含量從大至小順序依次為:OXA、692、DOX、669、EP3;固化收縮率從大至小順序依次為:EP3、DOX、669、692、OXA。以EP3和692作為稀釋劑的膠粘劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和交聯(lián)密度要低于以669作為稀釋劑的膠粘劑。
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