膠粘劑常識-之環氧膠

人類使用膠粘劑已有幾千年的歷史,然而環氧樹脂膠粘劑(簡稱環氧膠粘劑或環氧膠)從1950年左右出現至今,僅僅只有50多年。但是隨著20世紀中葉各種膠粘理論的相繼提出,以及膠粘界面化學、膠粘劑流變學和膠粘破壞機理等基礎研究工作的深入進展,使膠粘劑階性能、品種和應用有了突飛猛進的發展。環氧樹脂及其固化體系也以其獨特的、優異性能和新型環氧樹脂、新型固化劑和添加劑的不斷涌現,而成為性能優異、品種眾多、適應性廣泛的一類重要的膠粘劑。由于環氧膠粘劑的粘接強度高、通用性強,曾有“萬能膠”、“大力膠”之稱。已在航空、航天、汽車、機械、建筑、化工、輕工、電子、電器以及日常生活等領域得到廣泛的應用。
    環氧膠粘劑是由環氧樹脂、固化劑、促進劑、改性劑、稀釋劑、填料等組成的液態或固態膠粘劑。環氧膠粘劑的膠粘過程是一個復雜的物理和化學過程,包括浸潤、粘附、固化等步驟,最后生成三維交聯結構的固化物,把被粘物結合成一個整體。膠接性能(強度、耐熱性、耐腐蝕性、抗滲性等)不僅取決于膠粘劑的結構和性能以及被粘物表面的結構和膠粘特性,而且和接頭設計、膠粘劑的制備工藝和貯存以及膠接工藝等密切相關,同時還受周圍環境(應力、溫度、濕度、介質等)的制約。因此環氧膠粘劑的應用是一個系統工程。環氧膠粘劑的性能必須與上述影響膠接性能的諸因素相適應,才能獲得最佳結果。用相同配方的環氧膠粘劑膠接不同性質的物體,或采用不同的膠接條件、或在不同的使用環境中,其性能會有極大的差別。應用時應充分給予重視。由于篇幅的限制,本章主要介紹環氧膠粘劑主要品種的配方設計、膠接工藝條件、性能及應用舉例。

    1、環氧樹脂膠粘劑的類型、特點、機理
    環氧樹脂膠粘劑的品種很多,其分類的方法和分類的指標尚未統一。通常按下列方法分類。
    按膠粘劑的形態分類-如無溶劑型膠粘劑、(有機)溶劑型膠粘劑、水性膠粘劑(又可分為水乳型和水溶型兩種)、膏狀膠粘劑、薄膜狀膠粘劑(環氧膠膜)等。
    (1)按固化條件分類
    1)冷固化膠(不加熱固化膠)。又分為:
    低溫固化膠,固化溫度<15℃;
    室溫固化膠,固化溫度15-40℃。
    2)熱固化膠。又可分為:
    中溫固化膠,固化溫度約80-120℃;
    高溫固化膠,固化溫度>150℃。
    3)其他方式固化膠,如光固化膠、潮濕面及水中固化膠、潛伏性固化膠等。
    (2)按膠接強度分類
    1)結構膠,抗剪及抗拉強度大,而且還應有較高的不均勻扯離強度,使膠接接頭在長時間內能承受振動、疲勞及沖擊等栽荷。同時還應具有較高的耐熱性和耐候性。通常鋼-鋼室溫抗剪強度>25MPa,抗拉強度≥33MPa。不均勻扯離強度>40kN/m。
    2)次受力結構膠,能承受中等載荷。通常抗剪強度17-25MPa,不均勻扯離強度20-50kN/m。
    3)非結構膠,即通用型膠粘劑。其室溫強度還比較高,但隨溫度的升高,膠接強度下降較快。只能用于受力不大的部位。
    (3)按用途分類
    1)通用型膠粘劑。
    2)特種膠粘劑。如耐高溫膠(使用溫度≥150℃)、耐低溫膠(可耐-50℃或更低的溫度)、應變膠(粘貼應變片用)、導電膠(體積電阻率10-3~10-4Ω·cm)、密封膠(真空密封、機械密封用)、光學膠(無色透明、耐光老化、折光率與光學零件相匹配)、耐腐蝕膠、結構膠等。
    此外也可按固化劑的類型來分類,如胺固化環氧膠、酸酐固化膠等。還可分為雙組分膠和單組分膠,純環氧膠和改性環氧膠(如環氧-尼龍膠、環氧-聚硫橡膠膠、環氧-丁腈膠、環氧-聚氨酯膠、環氧-酚醛膠、有機硅環氧膠、丙烯酸環氧膠等)。
    環氧樹脂膠粘劑的特點——
    環氧膠粘劑與其他類型膠粘劑比較,具有以下優點:
    (1)環氧樹脂含有多種極性基團和活性很大的環氧基,因而與金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等多種極性材料,尤其是表面活性高的材料具有很強的粘接力,同時環氧固化物的內聚強度也很大,所以其膠接強度很高。
    (2)環氧樹脂固化時基本上無低分子揮發物產生。膠層的體積收縮率小,約1%-2%,是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一。加入填料后可降到0.2%以下。環氧固化物的線脹系數也很小。因此內應力小,對膠接強度影響小。加之環氧固化物的蠕變小,所以膠層的尺寸穩定性好。
    (3)環氧樹脂、固化劑及改性劑的品種很多,可通過合理而巧妙的配方設計,使膠粘劑具有所需要的工藝性(如快速固化、室溫固化、低溫固化、水中固化、低粘度、高粘度等),并具有所要求的使用性能(如耐高溫、耐低溫、高強度、高柔性、耐老化、導電、導磁、導熱等)。
    (4)與多種有機物(單體、樹脂、橡膠)和無機物(如填料等)具有很好的相容性和反應性,易于進行共聚、交聯、共混、填充等改性,以提高膠層的性能。
    (5)耐腐蝕性及介電性能好。能耐酸、堿、鹽、溶劑等多種介質的腐蝕。體積電阻率1013-1016Ω·cm,介電強度16-35kV/mm。
    (6)通用型環氧樹脂、固化劑及添加劑的產地多、產量大,配制簡易,可接觸壓成型,能大規模應用。
    環氧膠粘劑的主要缺點——
    (1)不增韌時,固化物一般偏脆,抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差。
    (2)對極性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘接力小。必須先進行表面活化處理。
    (3)有些原材料如活性稀釋劑、固化劑等有不同程度的毒性和刺激性。設計配方時應盡量避免選用,施工操作時應加強通風和防護。
    膠接破壞機理——
    要設計出環氧膠粘劑的最佳配方,達到所要求的膠接性能,就必須了解環氧膠粘劑的粘附機理和膠接的破壞機理。在這方面已做了大量研究,提出了許多理論,雖然都還存在一些不足之處,但是已闡明和解決了不少實際問題,大大推動了環氧膠粘劑的開發應用。

 

2010-04-18

膠粘劑常識

膠粘劑常識-之環氧膠 人類使用膠粘劑已有幾千年的歷史,然而環氧樹脂膠粘劑(簡稱環氧膠粘劑或環氧膠)從1950年左右出現至今,僅僅只有50多年。但是隨著20世紀中葉各種膠粘理論的相繼提出,以及膠粘界面

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