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环氧树脂胶粘剂胶接强度的影响因素


实验室k / 2019-05-22

       为了使我们进一步了解和掌握粘结技术,结合环氧树脂胶粘剂的特点,进一步讨论一下影响胶接强度的几个因素是十分必要的。2000吨油压机所用粘合剂的配方是:

组      份

 6101环氧树脂                          100重量份

H46505聚酰胺硬化剂               80重量份

         填料(还原铁粉)                     30~100重量份

硬化条件 先室温固化8小时,然后100℃烘6~8小时
       1.树脂本身对粘结强度的影响
       当树脂的平均分子量较小时,其粘度较低,这使被粘物表面能很好被浸润,故其粘附性能较好,但这种树脂强度较差。因此很难有很高的胶接强度;反之,树脂的平均分子量较大时,分子间有较大的内聚力,但其粘度、熔点都较高,一般来讲,不会有足够的粘附性能,只有选择一定的分子量范围内的树脂,才能既有良好的粘附性又有较高的内聚强度。其次树脂的分子结构与胶结的性能也有密切的关系。除个别特殊情况外,一般含有极性基的胶粘剂对极性高分子化合物的粘附力较好,而对非极性的较差,这是由于结构相似,混溶性较好,有利于分子扩散。
       2.填料的影响
       粘合剂中加入填料不仅可以降低成本,还可以使被粘物表面有较好的配合,减少硬化时所产生的内应力及收缩性,提高其胶结强度。不同种填料对室温硬化环氧树脂的胶结强度的影响如表5-2所示:
表5-2  不同种填料对室温硬化环氧树脂胶接强度的影响
填料种类 量(%) 剪切强度(公斤/厘米2) 强度增加(%)
无填料 150
陶瓷粉 40 250 65
石墨 10 300 100
电木粉 20 240 60
40 290 90
氧化铁 30 230 50
       环氧树脂粘合剂的一个致命弱点是韧性差、耐热性低,不适宜用在受冲击的情况下,为此往往还需加入增塑剂或用酚醛树脂、聚硫化物、锦纶等高分子化合物进行改性。
       3.硬化剂的影响
       环氧粘合剂的硬化剂一般有二类:一类是室温硬化,使用最普遍的是脂肪族胺类,但其剪切强度不太令人满意,而且要硬化3~4天后才能达到最高的强度。如果适当提高硬化温度或室温硬化后再补充进行热处理,可以使机械强度大大提高。
       使用脂肪族胺类硬化时,粘合剂使用寿命短、脆性大,因此2000吨油压机就采用低分子量的聚酰胺作硬化剂,用室温硬化再补充热处理,达到了满意的强度。
       至于我们常见的室温快干胶,则是以双酚A环氧树脂与三氟化硼络合物为主要成分的双组份环氧粘合剂;或者是另加改性胺类(由苯酚、甲醛、乙二胺缩合而成)以及多元芳香胺作为促进剂,这些粘合剂只要在25℃硬化两小时,就可达到较高的强度。
       使用不同胺类硬化剂,环氧树脂在室温时的剪切强度见表5-3。
表5-3  不同胺类硬化剂对环氧树脂在室温硬化时的剪切强度
硬化剂种类 乙二胺 二乙烯三胺 三乙烯四胺 650聚酰胺
硬化条件 硬化剂用量(%)
8 10 12 100
剪切强度(公斤/平方厘米) 室温硬化24小时 42 67 88 156
室温硬化48小时 95 127 118 244
室温硬化96小时 124 165 137 231
80℃硬化3小时 149 151 171 238
       另一类是加热硬化的硬化剂,如酸酐类(邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐)及双氰胺,这类硬化剂在加热条件下迅速硬化,并具有很高的胶接性和耐热性,同时改善胶层的耐冲击韧性。因此能用于金属或非金属材料受力结构的胶接。
       4.粘合工艺因素的影响
       粘合时,一般包括这样几步:
       粘合剂的配制 → 被粘物表面处理 → 涂胶 → 搭接,硬化 → 性能检验。
       首先,应根据材料、胶粘要求等合理选择性能不同的粘合剂(包括配方中各组分);其次,为了使粘合剂能同粘合表面真正接触,必须对被粘物表面进行处理,用机械、物理方法(如石英喷砂去油)或化学方法(酸洗、碱洗、有机溶剂去油、电化学成膜等)使被粘物表面清洁、干燥、平整而又粗糙。这步往往是影响胶接质量的关键之一。然后进行配胶、涂胶和搭接硬化成型。
       对于环氧粘合剂来说,如果牌号、配方选择恰当,使用得法,其粘结效果是十分理想的。两块铁片粘结处面积为5平方厘米时,可以吊起一辆解放牌汽车。因此,目前人工合成粘合剂广泛用于宇宙航行、机械、造船、汽车和电子工业中。同样,许多金属、塑料、木制的农具、农业机械和家具破损以后,也可用环氧树脂、脲醛树脂、聚氨酯等多种粘合剂进行胶接,既可修旧利废、节约材料,又不耽误季节、影响生产。

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