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高粘接強(qiáng)度金屬膠粘劑的研制

來(lái)源:中國(guó)粘膠劑網(wǎng)  作者:*  日期:2015-6-24
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  摘要:以雙酚A 型環(huán)氧樹脂(EP)為基體樹脂,雙氰胺(DCA)為固化劑,咪唑?yàn)楣袒龠M(jìn)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(shí)間、力學(xué)性能和耐候性測(cè)試研究了配方組成及PU 熱熔膠膠含量對(duì)膠粘劑性能的影響。結(jié)果表明:m(EP)∶m(DCA)∶m(咪唑)= 100∶10∶1,ω(AGE)= 7%,ω(PU)= 30%(基于EP 質(zhì)量),固化條件為100℃/0.5 h,而后140℃/1 h 時(shí),可得到粘接強(qiáng)度為32.94 MPa,耐候性優(yōu)異的金屬膠粘劑。
  關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹脂;聚氨酯熱熔膠;金屬;膠粘劑;粘接強(qiáng)度;耐候性

  經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),選擇EP 膠粘劑的最佳固化溫度為100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h 時(shí)較適宜。

  2.1.3 稀釋劑對(duì)環(huán)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(shí)降低膠粘劑的粘度(詞條“粘度”由行業(yè)大百科提供),才能使膠粘劑在實(shí)際運(yùn)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(shí)驗(yàn)選用AGE 作為活性稀釋劑,當(dāng)AGE 用量太少時(shí),膠粘劑不能很好地?cái)嚢韬屯坎迹珹GE 用量過多時(shí),對(duì)膠粘劑的粘接性能以及其他一些性能有影響,根據(jù)體系的粘度(3 Pa·s)并經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定:只有當(dāng)其用量為ω(AGE)=7%(相對(duì)于EP 質(zhì)量而言),才能達(dá)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(huán)氧基團(tuán)的吸收峰,通過對(duì)固化前后對(duì)比,EP 膠粘劑固化后,在908cm-1 處環(huán)氧基團(tuán)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(huán)氧膠粘劑已固化完全。完全固化后,其他基本基團(tuán)的特征吸收峰依然存在,但是由于一些新的基團(tuán)生成,使相應(yīng)基團(tuán)部分發(fā)生紅移或藍(lán)移。

  2.3 PU熱熔膠對(duì)EP 膠粘劑性能的影響

  2.3.1 PU 熱熔膠含量對(duì)膠粘劑粘接強(qiáng)度的影響

  在其他條件保持不變的情況下,PU 熱熔膠含量對(duì)EP 膠粘劑粘接強(qiáng)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(qiáng)度并不高,但加入PU 熱熔膠后,粘接強(qiáng)度有明顯的增加,當(dāng)熱熔膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),粘接強(qiáng)度達(dá)到最大值32.94 MPa,粘接強(qiáng)度增加了59.5%。繼續(xù)增加熱熔膠的含量,粘接強(qiáng)度反而開始下降,這是由于環(huán)氧樹脂在固化的過程中,分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn),引起表觀收縮,且脆性較大,會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。加入PU 熱熔膠后,與環(huán)氧樹脂相容,在固化時(shí),熱熔膠填充了樹脂官能團(tuán)之間空隙,降低了膠粘劑的收縮率,減小了內(nèi)應(yīng)力,幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,才使膠粘劑與金屬之間有更好的表面潤(rùn)濕能力,粘接強(qiáng)度增加;當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過30%,隨著熱熔膠含量的繼續(xù)增加,樹脂中熱熔膠已經(jīng)飽和,熱熔膠部分單獨(dú)起著膠結(jié)作用,所以會(huì)降低整體膠粘劑的粘接強(qiáng)度。純PU 熱熔膠的粘接強(qiáng)度僅為8.16 MPa,因此只有兩者結(jié)合使用才能起到增強(qiáng)作用。

  2.3.2 PU 熱熔膠含量對(duì)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(duì)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(qiáng),當(dāng)熱熔膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),老化前后的粘接強(qiáng)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(jié)構(gòu)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(jīng)固化后,收縮率下降,內(nèi)應(yīng)力減小,耐熱(詞條“耐熱”由行業(yè)大百科提供)老化性有較大的提高。

  2.3.3 PU 熱熔膠含量對(duì)膠粘劑抗沖擊強(qiáng)度的影響

  在其他條件保持不變的情況下,PU 熱熔膠含量對(duì)EP 膠粘劑抗沖擊強(qiáng)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(qiáng)度有了明顯提高。當(dāng)在環(huán)氧樹脂中添加10%的PU 熱熔膠后,樹脂的抗沖擊強(qiáng)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(jìn)一步增加,其抗沖擊強(qiáng)度增加緩慢,當(dāng)PU 熱熔膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí),沖擊強(qiáng)度可達(dá)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(shí),柔性分子鏈可以填充立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙,能使結(jié)構(gòu)受力均勻,減小內(nèi)應(yīng)力,同時(shí)在受到?jīng)_擊力時(shí),可以起到緩沖作用,分散作用力,使得其抗沖擊強(qiáng)度增大。

  綜上所得,選用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的PU 熱熔膠效果最好。

  3.結(jié)論

  以雙酚A 型環(huán)氧樹脂(GRLR-128)為基體樹脂,聚氨酯(PU)熱熔膠為增強(qiáng)、增韌填料,雙氰胺(DCA)為固化劑,咪唑?yàn)楣袒龠M(jìn)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(qiáng)度膠粘劑,并對(duì)該膠粘劑做了紅外表征和相關(guān)性能測(cè)試,得出如下結(jié)論:

  1)固化溫度和時(shí)間對(duì)固化產(chǎn)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(duì)環(huán)氧膠粘劑固化物進(jìn)行紅外表征及粘接強(qiáng)度、耐候性、抗沖擊強(qiáng)度的性能測(cè)試,得出當(dāng)m(EP)∶ m(DCA)∶ m(咪唑)= 100 ∶ 10 ∶ 1,ω(AGE)= 7%,ω (PU) = 30%(均相對(duì)于EP 而言)時(shí),此時(shí)可得到最高粘接強(qiáng)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(qiáng)度膠粘劑。

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