环氧胶粘剂是一种粘接性能很好,应用非常普遍的胶粘剂,曾有“万能胶”、“大力胶”之称。90年代初从分子微观结构着手,实现分子网络内增韧,使环氧树脂胶粘剂具有更大的强度、更好的韧性、更高的耐热性、更优的耐久性,满足高新技术的发展需要。
随着新型高性能环氧树脂、固化剂、增韧剂等不断开发成功,出现了品种繁多、性能优异、用途广泛的高性能化和多功能化环氧树脂胶粘剂,前途十分广阔。
1.环氧胶粘剂的特点与应用
环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为主体配制而成的,环氧树脂大分子末端有环氧基,链中间有轻基和醚键,并在固化过程中还会继续产生轻基和醚键,结构中含有苯环或杂环。这些结构决定了环氧树脂胶粘剂具有以下的一些特占.
1.粘接力大,粘接强度高:环氧树脂胶粘剂中含有环氧基、轻基、醚键、胺基、酉旨键等极性基团,对多种物质都具有很强的粘接力。环氧树脂固化后内聚力很大,同时环氧基在一定条件下还能与金属表面形成化学键结合,因而表现出很高的粘接强度,剪切强度可达65MPa,剥离强度可达5KN/m.
2.收缩率小,尺寸稳定:环氧树脂胶粘剂在固化时几乎不放出低分子产物,线膨胀系数受温度的影响也很小,因此,粘接件的尺寸稳定性好。单纯的环氧树脂固化后收缩率为1.5~2% (UP为4-7%, PF为8^-10%),加入适当的填料之后,收缩率可降低到1%以下。
3.电性能优良,耐介质性好:环氧树脂胶粘剂的固化产物具有优异的电气绝缘性能,体积电阻率为10",10'6 S2·。。,介电强度为30-50KV " mm-'。由于环氧树脂分子中含有醚键,且分子链间排列紧密,交联密度又大,故有良好的耐溶剂、耐油、耐酸、耐碱、耐水等性能,特别是耐碱性强。
4.易于改性,用途广泛:环氧树脂与很多橡胶弹性体及热塑性树脂相容性好,甚至发生化学反应;与填料分散性好,可以在很大范围内改变环氧树脂的性能,提高强度、耐热性、韧性、阻燃性、耐磨性、耐腐蚀性等,配制品种繁多性能特殊的环氧树脂胶粘剂,适宜诸多方面的应用。
5,工艺性好,使用方便:环氧树脂具有很好的混合性、涂刷性、湿润性、渗透性、稳定性,可在干燥环境,也能在潮湿环境和水下进行胶接。固化容易,只需接触压力;即可室温固化,也可高温热固化,还能紫外光固化。
6.原料易得,配制简单:环氧树脂胶粘剂所需的各种原材料很容易得到。
7.使用温度宽,适应性较强:一般的环氧树脂胶粘剂使用温度为一60
8 韧性不佳,脆性较大:环氧树脂含有很多的苯环或杂环,分子链柔性小,加之固化后的交联结构不易变形,致使未增韧的环氧树脂韧性较差,脆性较大,剥离强度低,不耐冲击振动。
9 耐热性较差:因为环氧树脂结构中的碳碳键、醚键的键能较小,高温下容易降解,故一般的环氧树脂耐热性较差。
环氧树脂胶粘剂以其优异的综合性能,获得了十分广泛的应用接金属,如钢木材、纸板、、铝、铜、不锈钢以及各种合金等;还可以粘接陶瓷、可以粘玻璃、塑料、混凝土、石材等非金属材料,同时也可进行金属和非金属异种材料之间的粘接。
2.环氧胶粘剂的组成
环氧树脂胶粘剂由环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、稀释剂、填充剂、稳定剂等组成。其中环氧树脂、固化剂、增韧剂是不可缺少的组分,其他则可以根据需要加以添加。
环氧树脂的种类很多,且在不断的增加,按照化学结构分类有缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油醋类、缩水甘油胺类、脂环族环氧树脂、环氧烯烃类、海因环氧树脂、酞亚胺环氧树脂、有机硅环氧树脂等。
对于环氧树脂胶粘剂来说,固化剂是不可缺少的重要组分,固化剂种类繁多,性能各异,一般可分为胺类、酸醉类、咪畔类、聚合物、潜伏型、催化型。按照固化温度可分为低温( -5-150C )、室温、次中温(RT-500C ).中温(50--1000C ),高温(大于1000C )固化剂。
环氧树脂的固化反应,除了多数脂肪胺、改性胺和部分脂环胺固化剂可于室温进行,其余芳香胺、酸醉类、咪哇类等都需在高温或中温下反应固化。
为了加速固化反应,降低固化温度,缩短固化时间,必须加入固化促进剂。
促进剂的加入主要起催化作用,降低固化剂的反应活化能,往往也参加固化反应,改变反应机制,改善固化物的强度、韧性、耐热性、耐水性等物理机械性能。促进剂一般分为胺类、酚类、取代脉、咪哩及其盐、金属有机酸盐,磷类化合物、分别适用于不同固化体系。
环氧树脂的粘度比较大,往往要在配方种加入稀释剂,用以降低胶粘剂的粘度,提高流动性、湿润性、渗透性,便于混合均匀,增大填料加量,利于涂胶操作,并可延长适用期。稀释剂大致分为两类,即能参与固化反应的活性稀释剂(如单环氧基化合物、双环氧基化合物等)和只发生物理混合的挥发或不挥发的活性稀释剂(如乙醇、丙酮、邻苯二甲酸二丁酷等)。
增塑剂是为了增加环氧树脂胶粘剂的流动性、柔韧性而加入的低分子量高沸点难挥发的液体或低熔点的固体物质,一般不参加反应,只是改善某些物理机械性能,如提高韧性、耐冲击性、伸长率,但却降低了硬度、模量和耐热性。多数增塑剂本身也是稀释剂,可以改善工艺性能。增塑剂种类很多,按化学结构分为邻苯二甲酸酷类、磷酸酷类、脂肪酸酷类、多元醇类等。
环氧树脂胶粘剂固化后脆性较大,影响了它的实际应用,为了降低脆性,增加韧性,必须加入增韧剂。增韧剂一般含有活性基团,能与环氧树脂发生反应,固化后不完全相容,有时会分相,因此获得理想的增韧效果,使热变形温度稍微下降,而冲击性能又明显改善。一般使用的增韧剂有含官能团的液体丁睛橡胶、含端官能团的聚丁二烯橡胶、热致液晶聚合物以及热塑性聚合物等。
填料是一种填充性的物料,它不仅仅是作为增量剂使用,而且能够改善环氧树脂胶粘剂的机械性能、热性能、耐介质性能、工艺性能等。一般有粉状填料、纤维状填料、片状填料、晶须、纳米填料等。