一種可常溫固化的高強高韌環氧膠粘劑的研制

趙升龍 劉清方 梁濱 宋江鵬

摘要：介紹一種高強高韌環氧樹脂膠粘劑的研制，該膠的特點是可在常溫固化，強度高、韌性好，同時具有較好的耐溫性和耐環境老化性能。

關鍵詞：環氧樹脂膠粘劑;常溫固化;高強高韌

中圖分類號：TB324 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0013-03

0前言

常溫固化膠粘劑因其固化時可以不加溫，簡化了零部件的加工過程，節省能源，適合于外場施工和膠接修理，降低了使用成本，提高了生產效率，越來越受到人們的關注。

增韌技術是高強高韌環氧膠粘劑的關鍵技術。環氧樹脂的增韌有內增韌和外增韌。內增韌是在樹脂或固化劑組分的分子結構中引入具有韌性的基團來提高韌性。外增韌則是通過添加增韌劑來提高樹脂體系的韌性，一般的外增韌方法有橡膠彈性體增韌、熱塑性樹脂增韌、核殼結構增韌，剛性粒子增韌、液晶聚合物增韌、互穿網絡聚合物增韌等。

國外生產常溫固化環氧膠的廠家和品種很多，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。這些膠的普遍特點是既具有較高的剪切強度，又具有較高的剝離強度，比如EC-2615常溫剪切強度達39.6MPa，常溫剝離強度達17.15kN/m，EA9330常溫剪切強度達43.4MPa，常溫剝離強度達17.24kN/m，Redux810常溫剪切強度達41.3MPa，常溫剝離強度達13.32kN/m。

國內這幾年在高強高韌常溫固化環氧膠粘劑方面的研究也取得了一定的進步，但與國外相比差距還較大。本研究采用不同的外增韌劑改性環氧樹脂，配合具有內增韌作用的胺類固化體系，以期研制出達到或接近國外水平的高強高韌常溫固化環氧膠粘劑，適應我國在航空、航天、電子、鐵路等領域對此類膠粘劑的需求。

1試驗部分

1.1試驗材料

環氧樹脂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試

膠粘劑的剪切試樣為1.6mm厚進口2024T3或國產2A12鋁合金;鋁合金表面經磷酸陽極化處理;剪切強度按GB/T7124進行測試。

膠粘劑的剝離試樣薄試片為0.5mm進口2024T3或國產2A12鋁合金;厚試片為1.6mm進口2024T3或國產2A12鋁合金;鋁合金表面經磷酸陽極化處理。剝離強度按GB/T7122進行測試

固化條件為25℃固化7d或60℃固化2h。

2結果與討論

2.1增韌劑的選擇

研制環氧膠粘劑時一般需添加合適的增韌劑來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環氧樹脂進行增韌。固化條件為60℃/2h的力學性能結果如表1所示。

由表1可知，采用奇士增韌劑的膠粘劑常溫剪切強度相對較低，采用其他3種增韌劑的膠粘劑常溫剪切強度相當;采用核殼粒子增韌劑的膠粘劑70℃剪切強度的性能最高。采用奇士增韌劑的膠粘劑常溫剝離強度稍差，采用聚氨酯增韌劑和橡膠增韌劑的膠粘劑常溫剝離強度相當，而采用核殼粒子增韌劑的膠粘劑常溫剝離強度最高，達到了1 1.6kN/m。從增韌機理分析，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核，提高了膠粘劑韌性的同時，遇到溫度升高時，增韌劑的外殼起到很好的保護和緩沖作用，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膠粘劑力學性能的影響

本研究選用核殼粒子為增韌劑對環氧樹脂進行改性，對不同增韌劑用量的膠粘劑進行性能測試，結果如表2所示。

由表2可知，增韌劑用量為25%時，膠粘劑的常溫剪切強度和70℃剪切強度性能最高，常溫剝離強度也較高，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比。

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

2.4不同環境條件對膠接性能的影響

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

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

2.5 SY-49膠粘劑與國外膠粘劑實測力學性能對比

在同等試驗條件下，將SY-49膠粘劑與樂泰公司的EA9309.3膠粘劑進行實測性能對比。表5列出60℃/4h固化后兩種膠粘劑的實測性能對比結果。

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

3結語

1）用4種增韌劑對環氧膠粘劑增韌改性比較，試驗表明，核殼粒子增韌的膠粘劑剝離強度較高，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）在同等試驗條件下，SY-49膠粘劑與EA9309.3膠粘劑力學性能相近。