環(huán)氧樹脂膠粘劑膠接強(qiáng)度的影響因素
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-05-22
為了使我們進(jìn)一步了解和掌握粘結(jié)技術(shù)，結(jié)合環(huán)氧樹脂膠粘劑的特點(diǎn)，進(jìn)一步討論一下影響膠接強(qiáng)度的幾個(gè)因素是十分必要的。2000噸油壓機(jī)所用粘合劑的配方是：
| 組 份 |
6101環(huán)氧樹脂 100重量份
H46505聚酰胺硬化劑 80重量份
填料（還原鐵粉） 30～100重量份
|
| 硬化條件 |
先室溫固化8小時(shí)，然后100℃烘6～8小時(shí) |
1．樹脂本身對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響
當(dāng)樹脂的平均分子量較小時(shí)，其粘度較低，這使被粘物表面能很好被浸潤，故其粘附性能較好，但這種樹脂強(qiáng)度較差。因此很難有很高的膠接強(qiáng)度；反之，樹脂的平均分子量較大時(shí)，分子間有較大的內(nèi)聚力，但其粘度、熔點(diǎn)都較高，一般來講，不會(huì)有足夠的粘附性能，只有選擇一定的分子量范圍內(nèi)的樹脂，才能既有良好的粘附性又有較高的內(nèi)聚強(qiáng)度。其次樹脂的分子結(jié)構(gòu)與膠結(jié)的性能也有密切的關(guān)系。除個(gè)別特殊情況外，一般含有極性基的膠粘劑對(duì)極性高分子化合物的粘附力較好，而對(duì)非極性的較差，這是由于結(jié)構(gòu)相似，混溶性較好，有利于分子擴(kuò)散。
2．填料的影響
粘合劑中加入填料不僅可以降低成本，還可以使被粘物表面有較好的配合，減少硬化時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力及收縮性，提高其膠結(jié)強(qiáng)度。不同種填料對(duì)室溫硬化環(huán)氧樹脂的膠結(jié)強(qiáng)度的影響如表5－2所示：
表5－2 不同種填料對(duì)室溫硬化環(huán)氧樹脂膠接強(qiáng)度的影響
| 填料種類 |
用量（%） |
剪切強(qiáng)度（公斤／厘米2） |
強(qiáng)度增加（%） |
| 無填料 |
－ |
150 |
－ |
| 陶瓷粉 |
40 |
250 |
65 |
| 石墨 |
10 |
300 |
100 |
| 電木粉 |
20 |
240 |
60 |
| 鐵粉 |
40 |
290 |
90 |
| 氧化鐵 |
30 |
230 |
50 |
環(huán)氧樹脂粘合劑的一個(gè)致命弱點(diǎn)是韌性差、耐熱性低，不適宜用在受沖擊的情況下，為此往往還需加入增塑劑或用酚醛樹脂、聚硫化物、錦綸等高分子化合物進(jìn)行改性。
3．硬化劑的影響
環(huán)氧粘合劑的硬化劑一般有二類：一類是室溫硬化，使用最普遍的是脂肪族胺類，但其剪切強(qiáng)度不太令人滿意，而且要硬化3～4天后才能達(dá)到最高的強(qiáng)度。如果適當(dāng)提高硬化溫度或室溫硬化后再補(bǔ)充進(jìn)行熱處理，可以使機(jī)械強(qiáng)度大大提高。
使用脂肪族胺類硬化時(shí)，粘合劑使用壽命短、脆性大，因此2000噸油壓機(jī)就采用低分子量的聚酰胺作硬化劑，用室溫硬化再補(bǔ)充熱處理，達(dá)到了滿意的強(qiáng)度。
至于我們常見的室溫快干膠，則是以雙酚A環(huán)氧樹脂與三氟化硼絡(luò)合物為主要成分的雙組份環(huán)氧粘合劑；或者是另加改性胺類（由苯酚、甲醛、乙二胺縮合而成）以及多元芳香胺作為促進(jìn)劑，這些粘合劑只要在25℃硬化兩小時(shí)，就可達(dá)到較高的強(qiáng)度。
使用不同胺類硬化劑，環(huán)氧樹脂在室溫時(shí)的剪切強(qiáng)度見表5－3。
表5－3 不同胺類硬化劑對(duì)環(huán)氧樹脂在室溫硬化時(shí)的剪切強(qiáng)度
| 硬化劑種類 |
乙二胺 |
二乙烯三胺 |
三乙烯四胺 |
650聚酰胺 |
| 硬化條件 |
硬化劑用量（％） |
| 8 |
10 |
12 |
100 |
| 剪切強(qiáng)度（公斤／平方厘米） |
室溫硬化24小時(shí) |
42 |
67 |
88 |
156 |
| 室溫硬化48小時(shí) |
95 |
127 |
118 |
244 |
| 室溫硬化96小時(shí) |
124 |
165 |
137 |
231 |
| 80℃硬化3小時(shí) |
149 |
151 |
171 |
238 |
另一類是加熱硬化的硬化劑，如酸酐類（鄰苯二甲酸酐或順丁烯二酸酐）及雙氰胺，這類硬化劑在加熱條件下迅速硬化，并具有很高的膠接性和耐熱性，同時(shí)改善膠層的耐沖擊韌性。因此能用于金屬或非金屬材料受力結(jié)構(gòu)的膠接。
4．粘合工藝因素的影響
粘合時(shí)，一般包括這樣幾步：
粘合劑的配制 → 被粘物表面處理 → 涂膠 → 搭接，硬化 → 性能檢驗(yàn)。
首先，應(yīng)根據(jù)材料、膠粘要求等合理選擇性能不同的粘合劑（包括配方中各組分）；其次，為了使粘合劑能同粘合表面真正接觸，必須對(duì)被粘物表面進(jìn)行處理，用機(jī)械、物理方法（如石英噴砂去油）或化學(xué)方法（酸洗、堿洗、有機(jī)溶劑去油、電化學(xué)成膜等）使被粘物表面清潔、干燥、平整而又粗糙。這步往往是影響膠接質(zhì)量的關(guān)鍵之一。然后進(jìn)行配膠、涂膠和搭接硬化成型。
對(duì)于環(huán)氧粘合劑來說，如果牌號(hào)、配方選擇恰當(dāng)，使用得法，其粘結(jié)效果是十分理想的。兩塊鐵片粘結(jié)處面積為5平方厘米時(shí)，可以吊起一輛解放牌汽車。因此，目前人工合成粘合劑廣泛用于宇宙航行、機(jī)械、造船、汽車和電子工業(yè)中。同樣，許多金屬、塑料、木制的農(nóng)具、農(nóng)業(yè)機(jī)械和家具破損以后，也可用環(huán)氧樹脂、脲醛樹脂、聚氨酯等多種粘合劑進(jìn)行膠接，既可修舊利廢、節(jié)約材料，又不耽誤季節(jié)、影響生產(chǎn)。
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