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环氧树脂胶粘剂知识大全

发布时间:12-06-06 来源: 点击量:100340
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环氧树脂胶粘剂简介

  环氧树脂胶粘剂以环氧树脂为基体,是目前最重要的合成胶粘剂。它具有胶接强度高、耐化学介质性好、电性能优良、胶层收缩率小、易于改性、施工工艺简便等优点,也存在脆性较大、耐热性不够理想的缺点,但可通过采用其他高分子化合物改性的方法加以弥补。

  作为环氧树脂胶基体的环氧树脂,是分子链结构中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物的总称。它以可流动的液体、膏状物及固体的形状存在,分类较多,目前用得最多的是双酚A型环氧树脂。双酚A型环氧树脂胶,它以双酚A型环氧树脂为基体,加入固化剂及增韧剂、稀释剂、偶联剂、填料等配制而成。

  

环氧树脂胶粘剂的胶粘原理

  环氧胶粘剂是由环氧树脂、固化剂、促进剂、改性剂、稀释剂、填料等组成的液态或固态胶粘剂。环氧胶粘剂的胶粘过程是一个复杂的物理和化学过程,包括浸润、粘附、固化等步骤,最后生成三维交联结构的固化物,把被粘物结合成一个整体。胶接性能(强度、耐热性、耐腐蚀性、抗渗性等)不仅取决于胶粘剂的结构和性能以及被粘物表面的结构和胶粘特性,而且和接头设计、胶粘剂的制备工艺和贮存以及胶接工艺等密切相关,同时还受周围环境(应力、温度、湿度、介质等)的制约。因此环氧胶粘剂的应用是一个系统工程。环氧胶粘剂的性能必须与上述影响胶接性能的诸因素相适应,才能获得最佳结果。用相同配方的环氧胶粘剂胶接不同性质的物体,或采用不同的胶接条件、或在不同的使用环境中,其性能会有极大的差别。

  

环氧树脂胶粘剂的组成

  环氧树脂胶粘剂的粘料是环氧树脂,必要成分是固化剂,此外,还根据实际需要添加促进剂、偶联剂、增韧剂、稀释剂及填料等多种成分,以调整胶粘剂的有关性能。

  (一)促进剂

  促进剂不仅可以在环氧树脂胶粘剂的固化中起到缩短固化时间、降低固化温度的作用,而且可以增加固化产物的交联度,提高其机械性、耐温性。

  环氧树脂的固化促进剂往往是前述环氧树脂固化剂中的催化型固化剂,如叔胺、咪唑及三氟化硼配合物。此外,一些含活泼氢的有机物,如羧酸、酚、醇、硫醇及含氮化合物也可作促进剂。

  (二)偶联剂

  硅烷偶联剂中的烷氧基吸湿后可水解而与金属或填料的表面形成化学键,可提高环氧树脂胶粘剂对被粘材料的亲合性及抗湿热性,硅烷偶联剂中的其它活性基团与环氧树脂或固化剂反应,增加了胶的交联聚合能力。在使用非硅系列填料,如碳酸钙、滑石、碳纤维等情况下,使用钛酸盐偶联剂比用硅烷偶联剂能得到更好的增粘效果。

  (三)增韧剂

  环氧树脂胶粘剂固化后硬而脆,通常要加入增韧剂以降低脆性,提高抗冲击性。常用的增韧剂是一些高沸点的酯类,或橡胶、聚酰胺、聚乙烯醇缩醛等线性树脂。

  (四)烯释剂

  环氧树脂多为高粘稠性物质,制胶时要加入烯释剂降低粘度并改善施工性能。

  环氧树脂胶粘剂常用的非活性烯释剂有乙酸酯、环己酮、乙二醇醚及二甲。环氧树脂胶粘剂多使用活性烯释剂,它们多为含有环氧基的低分子化合物。

  在使用活性烯释剂时,因单环氧基稀释剂只参与终止环氧树脂的交联或扩链的聚合反应,不进入环氧树脂固化物的交联结构,所以用量不宜多,否则会降低热变形温度和机械强度。

  (五)填料

  环氧树脂胶粘剂中加入适当填料后,其体积收缩率降低、尺寸稳定,机械性能改善,耐介质性好。更主要的,在环氧胶中加入特种填料后,可制成导电、导热,导磁胶以满足有关需要。

  

环氧树脂胶粘剂的性能

  环氧树脂胶粘剂是当前应用最广的一类合成树脂胶粘剂,这是因为它自身有着许多优良的性能。

  (一)可胶接材质广泛

  在环氧树脂的分子结构中,有着多种活性基团,如环氧基、差劲基、胺基、醚键及酯键等。这此活性基团对许多种材质表面都有较好的亲合力,有的甚在一定条件下可生成化学键。此外,还可以加入添加剂、改性剂以调整环氧树脂胶粘剂的适应性能,使环氧树脂胶粘剂能满足于对许多材料的胶接。

  (二)胶接强度高

  环氧树脂胶粘剂的胶接强度(主要指剪切强度)很高,这是由两个方面的因素决定的。一方面是环氧树脂胶粘剂与被粘材料间的胶兿力强,另一方面是固化后的胶体自身强度高。

  固化后的环氧树脂胶粘剂和被粘材料表面,除有机械的镶嵌力外,还存在因稀释剂的溶解或溶胀作用带来的扩散交织作用力,更主要的是产生由其活性基的强极性或化学反应性导致的分子间的吸附作用力乃至化学键力,所以,它与被胶接材料的表面结合得比较牢固。

  环氧树脂胶粘剂是一种典型的化学反应固化的胶粘剂,它在固化过程中往往产生高度的交联聚合,使胶层的自身强度很高,甚至强于被粘材料。因此,胶接接头破坏时,需要的力大,胶接强度高。

  (三)体积变化小

  环氧树脂胶粘剂在固化过程中不释放低分子物质、气体或水分,分子的交联聚合程度高,因此固化收缩率低,体积变化小,固化产物的线胀系数小,胶接件的尺寸稳定性好。环氧树脂胶粘剂在固化中的体积收缩率约2~3%,如果加入适当的填料,该收缩率可降至1%,这就能满足精密机械器件的胶接。

  (四)耐介质性能好

  完全固化的歪氧树脂胶粘剂,由于有高度的交联聚合,分子中的活性基团已经使用或被封闭入网络中,分子链排列整齐,分子结构中对称的苯环、丙基等都很稳定,所以,耐介质性优良。环氧树脂胶粘剂的固化物能耐强碱、水、油和稀酸,也有很好的电绝缘性能。

  (五)低毒

  虽然环氧树脂胶粘剂中的一些稀释剂、固化剂是有毒的,但它们在固化过程中已完全消耗或转化,固化产物耐介质性能好,也不易分解释放毒性物质,所以环氧树脂胶粘剂固化物是无毒或低毒的。

  (六)施工性能好

  环氧树脂胶粘剂有好的可混合性、涂布性。它的湿润性和渗透性好而且易于粘附,便于涂胶,混合性好而易于与水泥、砂子拌合使用。另外,它的固化只需接触压力,可以有在低温、常湿或高温固化以及水中固化的环氧胶,所以,便于在各种条件下施工,使用比较方便。

  

环氧树脂胶粘剂的优缺点

  一、环氧树脂胶粘剂的优点

  环氧树脂胶粘剂与其他类型胶粘剂比较,具有以下优点:

  (1)环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基,因而与金属、玻璃、水泥、木材、塑料等多种极性材料,尤其是表面活性高的材料具有很强的粘接力,同时环氧固化物的内聚强度也很大,所以其胶接强度很高。

  (2)环氧树脂固化时基本上无低分子挥发物产生。胶层的体积收缩率小,约1%一2%,是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。加入填料后可降到0.2%以下。环氧固化物的线胀系数也很小。因此内应力小,对胶接强度影响小。加之环氧固化物的蠕变小,所以胶层的尺寸稳定性好。

  (3)环氧树脂、固化剂及改性剂的品种很多,可通过合理而巧妙的配方设计,使胶粘剂具有所需要的工艺性(如快速固化、室温固化、低温固化、水中固化、低粘度、高粘度等),并具有所要求的使用性能(如耐高温、耐低温、高强度、高柔性、耐老化、导电、导磁、导热等)。

  (4)与多种有机物(单体、树脂、橡胶)和无机物(如填料等)具有很好的相容性和反应性,易于进行共聚、交联、共混、填充等改性,以提高胶层的性能。

  (5)耐腐蚀性及介电性能好。能耐酸、碱、盐、溶剂等多种介质的腐蚀。体积电阻率1013—1016Ω·cm,介电强度16—35kV/mm。

  (6)通用型环氧树脂、固化剂及添加剂的产地多、产量大,配制简易,可接触压成型,能大规模应用。

  二、环氧树脂胶粘剂的缺点

  环氧树脂胶粘剂的主要缺点:

  (1)不增韧时,固化物一般偏脆,抗剥离、抗开裂、抗冲击性能差。

  (2)对极性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘接力小。必须先进行表面活化处理。

  (3)有些原材料如活性稀释剂、固化剂等有不同程度的毒性和刺激性。设计配方时应尽量避免选用,施工操作时应加强通风和防护。

  

环氧树脂胶粘剂的制备方法

  环氧胶粘剂的制备方法大致有下列几种类型:

  (1)活性氢化物与环氧氯丙烷反应;

  (2)以过氧化氢或过酸(例过醋酸)将双键进行液相氧化;

  (3)双键化合物的空气氧化;

  (4)其它。

  

环氧树脂胶粘剂的应用

  从应用的角度看,环氧树脂胶粘剂有通用型胶、结构胶、高温胶、低温胶、导电胶、导磁胶、导热胶、光学胶、密封胶、应变胶、泡沫胶、水下固化胶、软材料用胶、点焊用胶、抗蠕变胶等,几乎可满足于各种胶接的需要。但是,应该注意,脂肪胺固化的环氧胶,不宜用于结构件的胶接;未经改性的环氧胶,不能用于承受强冲击力和高剥离强度的胶接,它也不具有导电、导热和导磁性;普通环氧胶只在100℃以下及干燥的环境中使用。所以,环氧树脂胶粘剂应用的广泛性是和它的品种的多样性,以及很多种的专用性有关的,千万不能滥用、误用乃至错用,否则会造成不应有的危害。

  另外,环氧树脂胶粘剂虽 有很多的商品胶种,但在不少场合下,所用的环氧胶常常需要施胶人员自行根据需要调配,这就要求对环氧树脂、固化剂及其它添加有较好的了解,以便灵活应用。例如,在常用环氧树脂中,E-51粘度低、初粘好,E-44价格便宜、强度高,可将两者适当配合,就能得到好的综合效果。其它的,如AG-80、R-122、F-44、F-46、F-51、EG-02、TDE―85等型号的环氧树脂的耐没温性好,711或712型环氧树脂可快速固化,E-50环氧树脂有好的光学性能。

  从固化剂看,配制结构型环氧胶,宜采用中温或高温固化剂,如间苯二胺、二胺基二苯甲烷、2-乙基4-甲基咪唑及双氰双胺。要配制韧性和耐低温性能好的环氧胶,可使用低分子聚酰胺固化剂200、203、300及650等。苯酚、甲醛与乙二胺的缩合反应物,脂肪伯胺与硫脲的缩合物等可加速环氧树脂的固化,若在固化剂中添加5~10%的苯酚或间苯二酚也有同样的效果。

  在填料的使用上,应注意在胶接柔韧性材料最好不用或少用填料;加金属粉末、碳酸盐作填料的环氧胶不能接触酸性介质;锌粉及氧化钙、二氧化钛等作填料还可以加速环氧胶的固化;铬酸锌填料有好的耐湿热性和耐盐雾性。

  总之,环氧树脂胶粘剂,只要从粘料、添加剂及改性诸方面入手,可制备、派生出品种繁多、性能适应性好的多种一般或专用型胶粘剂,满足各方面胶接的要求。这正是环氧树脂胶粘剂已享有很大声誉、具有强大生命力和正不断迅速发展的原因。

  

环氧树脂胶粘剂的改性

  环氧树脂胶粘剂之所以应用广泛,除其具有多种优良性能外,另一重要的原因是可以对它进行改性,以产生更佳的各种性能来满足不同的胶接要求。

  胶粘剂的改性,指的是采用物理或化学的方法,加入改性剂以改变胶粘剂的组成、结构,使之具备所要求的性质。将胶粘剂改性的方法可归纳为三类,即物理改生法、化学改性法和网络互穿法。

  物理改性法是指加入的改性剂与粘料间只发生物理混合过程的改性方法。该方法主要是利用某些改性剂的溶解度参数(SP)与胶粘剂粘料的SP相近而能互溶的原理,把改性剂与粘料混溶。溶入的改生剂虽不参与胶粘剂的固化反应,但可存在于其固化产物的网络腔穴中,并能改善胶粘剂固化物的某些性质。

  化学改性法是加入的改性剂和胶粘剂的粘料之间发生了化学反应,并以共聚、接枝、嵌段或链交联等方式参与了胶粘剂的固化过程,同时成为胶粘剂固化产物网络结构中的某些链节或链段,从而改变了胶粘剂的性质。

  网络互穿法,是加入的改性剂在胶粘剂固化过程中也会自身聚合交联成网络,这种网络与粘料固化中产生的网络从分子上讲是独立的,互不成为对方分子中的链节或链段,但从存在上看,两种网络互相穿插交织,彼此缠结共存,从而使胶粘剂的性质改变。

  在对胶粘剂进行改性中,上述三种方法往往难于截然区分,通常是某种方法为主,其它方法也往往伴随。

  环氧树脂胶粘剂就是按上述三种方法的原理进行各式各样的改性,从而得到了多种新类型的改性环氧树脂胶粘剂。


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