胶粘剂常识-之环氧胶

人类使用胶粘剂已有几千年的历史,然而环氧树脂胶粘剂(简称环氧胶粘剂或环氧胶)从1950年左右出现至今,仅仅只有50多年。但是随着20世纪中叶各种胶粘理论的相继提出,以及胶粘界面化学、胶粘剂流变学和胶粘破坏机理等基础研究工作的深入进展,使胶粘剂阶性能、品种和应用有了突飞猛进的发展。环氧树脂及其固化体系也以其独特的、优异性能和新型环氧树脂、新型固化剂和添加剂的不断涌现,而成为性能优异、品种众多、适应性广泛的一类重要的胶粘剂。由于环氧胶粘剂的粘接强度高、通用性强,曾有“万能胶”、“大力胶”之称。已在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。
    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。应用时应充分给予重视。由于篇幅的限制,本章主要介绍环氧胶粘剂主要品种的配方设计、胶接工艺条件、性能及应用举例。

    1、环氧树脂胶粘剂的类型、特点、机理
    环氧树脂胶粘剂的品种很多,其分类的方法和分类的指标尚未统一。通常按下列方法分类。
    按胶粘剂的形态分类-如无溶剂型胶粘剂、(有机)溶剂型胶粘剂、水性胶粘剂(又可分为水乳型和水溶型两种)、膏状胶粘剂、薄膜状胶粘剂(环氧胶膜)等。
    (1)按固化条件分类
    1)冷固化胶(不加热固化胶)。又分为:
    低温固化胶,固化温度<15℃;
    室温固化胶,固化温度15-40℃。
    2)热固化胶。又可分为:
    中温固化胶,固化温度约80-120℃;
    高温固化胶,固化温度>150℃。
    3)其他方式固化胶,如光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏性固化胶等。
    (2)按胶接强度分类
    1)结构胶,抗剪及抗拉强度大,而且还应有较高的不均匀扯离强度,使胶接接头在长时间内能承受振动、疲劳及冲击等栽荷。同时还应具有较高的耐热性和耐候性。通常钢-钢室温抗剪强度>25MPa,抗拉强度≥33MPa。不均匀扯离强度>40kN/m。
    2)次受力结构胶,能承受中等载荷。通常抗剪强度17-25MPa,不均匀扯离强度20-50kN/m。
    3)非结构胶,即通用型胶粘剂。其室温强度还比较高,但随温度的升高,胶接强度下降较快。只能用于受力不大的部位。
    (3)按用途分类
    1)通用型胶粘剂。
    2)特种胶粘剂。如耐高温胶(使用温度≥150℃)、耐低温胶(可耐-50℃或更低的温度)、应变胶(粘贴应变片用)、导电胶(体积电阻率10-3~10-4Ω·cm)、密封胶(真空密封、机械密封用)、光学胶(无色透明、耐光老化、折光率与光学零件相匹配)、耐腐蚀胶、结构胶等。
    此外也可按固化剂的类型来分类,如胺固化环氧胶、酸酐固化胶等。还可分为双组分胶和单组分胶,纯环氧胶和改性环氧胶(如环氧-尼龙胶、环氧-聚硫橡胶胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚氨酯胶、环氧-酚醛胶、有机硅环氧胶、丙烯酸环氧胶等)。
    环氧树脂胶粘剂的特点——
    环氧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%-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。
    环氧胶粘剂的主要缺点——
    (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。
    胶接破坏机理——
    要设计出环氧胶粘剂的最佳配方,达到所要求的胶接性能,就必须了解环氧胶粘剂的粘附机理和胶接的破坏机理。在这方面已做了大量研究,提出了许多理论,虽然都还存在一些不足之处,但是已阐明和解决了不少实际问题,大大推动了环氧胶粘剂的开发应用。

 

2010-04-18

胶粘剂常识

胶粘剂常识-之环氧胶 人类使用胶粘剂已有几千年的历史,然而环氧树脂胶粘剂(简称环氧胶粘剂或环氧胶)从1950年左右出现至今,仅仅只有50多年。但是随着20世纪中叶各种胶粘理论的相继提出,以及胶粘界面

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