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解码环氧树脂胶粘剂及其胶粘技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-24  浏览次数:1068
核心提示:解码环氧树脂胶粘剂及其胶粘技术 文/ 朱俊 环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为主体配制而成的。树脂大分子末端

                            解码环氧树脂胶粘剂及其胶粘技术
                                       文/ 朱俊
    环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为主体配制而成的。树脂大分子末端有环氧基,链间有羟基和醚键,并在固化过程中还会继续产生羟基和醚键,结构中含有苯环和杂环,这些结构决定了环氧树脂胶粘剂具有优异的性能。环氧树脂胶粘剂是一种使用历史较久,用途极其广泛的胶粘剂。由于其强度、多样性和对多种多样的被粘表面具有优异的粘合力,环氧树脂胶粘剂得到了广泛用户的认同。它们已经参与和加快了某些工业部门的技术革命。环氧树脂可用于粘接金属、玻璃、陶瓷、许多塑料、木材、混凝土及其他一些表面。在美国生产的环氧树脂中,10%以上用作胶粘剂。过去,人们对环氧树脂的改性一直局限于橡胶方面,如端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、聚硫橡胶等。近年来,对环氧树脂的改性不断深入,改性方法日新月异,如互穿网络法、化学共聚法等,尤其是液晶增韧法和纳米粒子增韧法更是近年来研究的热点。随着“规模化、高纯化、精细化、专用化、系列化、功能化”发展模式的确立,环氧树脂的改性研究日新月异,目前已形成业内关注的焦点,它将促使环氧树脂在经济建设和人们生活中进一步越来越广泛地得到应用。
    1、性能优异的环氧类胶粘剂应用领域广泛
    胶接(粘合、粘接、胶结、胶粘)是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术,具有应力分胶粘剂布连续,重量轻,或密封,多数工艺温度低等特点。胶接特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。胶接近代发展最快,应用行业极广,并对高新科学技术进步和人民日常生活改善有重大影响。因此,研究、开发和生产各类胶粘剂十分重要。
    环氧树脂胶(简称环氧胶粘剂或环氧胶)是指在一个分子结构中,含有两个或两个以上的环氧基,并在适当的化学试剂及合适条件下,能形成三维交联状固化化合物的总称。
    环氧树脂胶粘剂由环氧树脂、固化剂、增塑剂、促进剂、稀释剂、填充剂、偶联剂、阻燃剂、稳定剂等组成的液态或固态胶粘剂。其中环氧树脂、固化剂、增韧剂是不可缺少的组分,其他则根据需要决定加否。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。
    环氧胶的种类很多,在各类环氧树脂中,双酚A环氧树脂是产量最大、用途最广的一大品种。根据它的分子量不同可分为低、中等、高、超高分子量环氧树脂(聚酚氧树脂)。低分子量的树脂可在室温或高温下固化,但高分子量的环氧树脂必须在高温下才能固化,而超高分子量的聚酚氧树脂不需要借助固化剂,在高温情况下能形成坚韧的膜。随着各种胶粘理论的相继提出,以及胶粘剂化学、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、优异的性能和新型环氧树脂、新型固化剂和添加剂的不断涌现,成为性能优异、品种众多、适应性广泛的一类重要的胶粘剂。
    近些年,高强轻质纤维增强复合材料在超低温环境中逐渐使用,对环氧树脂的超低温性能研究也日益加强。在作为复合材料液氢贮箱的基体材料以及在超导领域中用作胶粘剂,浸渍料和纤维增强复合材料的基体材料等方面,我国的研究已取得一些进展。纯环氧树脂具有很高的交联密度,即使在常温下也存在着质脆、韧性低、抗冲击性差等缺点。而作为复合材料的树脂基体,一般都需要在很高的温度下固化。在固化后冷却过程中,由于热收缩树脂基体内部会产生热应力,当温度从室温降低至超低温(-150℃以下)时,基体内因热收缩而产生的内应力将更加显著,而一旦热应力超过树脂本身的强度,就会导致树脂基体的破坏。因此,提高韧性对环氧树脂在超低温下的使用至关重要。目前提高环氧树脂超低温韧性的方法主要是使用柔性的脂肪族树脂和液体橡胶以及柔性固化剂来增韧环氧树脂。由于此类材料玻璃化转变温度较低,常温下具有较大的自由体积,当温度降至超低温时,树脂体系会产生很大的热收缩,导致较大的热应力,这限制了其在超低温下的应用。常温下高性能热塑性塑料与环氧树脂的共混改性,可使共混体系同时兼具有两者的优越性能,即在保持热固性树脂高模量的同时,又兼具热塑性塑料的高韧性。
    胶粘剂的胶接性能(强度、耐热性、耐腐蚀性、抗渗性等)不仅取决其结构和性能,以及被粘物表面的结构和胶粘特性,而且和接头设计、胶粘剂的制备及胶接工艺等密切相关,同时还受周围环境的制约。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。
    环氧类胶粘剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成。为改善某些性能,满足不同用途还可以加入增韧剂、稀释剂、促进剂、偶联剂等辅助材料。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,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。
    我国目前合成胶粘剂生产厂家约有2000家,可生产2500种以上品种牌号的产品,生产能力达300万t/a。随着我国环保法规的日趋健全,以及人们自身健康意识的提高,质量好、无污染、与国际标准接轨的环保型环氧胶粘剂正在逐渐成为合成胶粘剂的主流产品。
    2、环氧类胶粘剂的分子结构及品种分类
    环氧树脂环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧基团而相对分子质量较低的高分子化合物一、分类环氧树脂的品种、牌号很多,但双酚A缩水甘油醚环氧树脂通常称为双酚A环氧树脂是最重要的一类。它占环氧树脂总产量的90%。双酚A型环氧树脂双酚A型环氧树脂又称通用型环氧树脂和标准型环氧树脂,中国定名为E型环氧树脂,由双酚(BPA或DPP)与环氧氯丙烷(ECH)在氢氧化钠下缩聚而得:根据原料配比、反应条件和采用的方法不同,可制得不同聚合度的低相对分子质量的粘稠液体和高相对分子质量、高软化点固体。平均相对分子质量300~7000。外观为近乎无色或淡黄色透明粘稠液体或片状脆性固体。环氧树脂本身是热塑性线型聚合物,受热时液体树脂粘度变低,固体树脂软化或熔融。溶于丙酮、甲乙酮、环已酮、醋酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、无水乙醇、乙二醇等有机溶剂。氢化双酚A型环氧树脂氢化双酚A型环氧树脂化学名称为氢化双酚A二缩水甘油醚,是由双酚A加氢得到的六氢双酚A与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下缩聚而得。是一种粘度非常低、凝胶时间长、耐候性相当好的环氧树脂。
    双酚F型环氧树脂化学名称为双酚F二缩水甘油醚,简称DGEBF或BPF,是由苯酚与甲醛在酸性催化剂下反应生成双酚F,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下进行缩聚反应制得的无色或淡黄色透明粘稠液体;双酚S型环氧树脂化学名称为双酚S二缩水甘草油醚,简称为BPS或KGEBS,是由双酚S与环氧甩丙烷在氢氧化钠催化下制得的,双酚S型环氧树脂耐热性高,热变形温度比双酚A环氧树脂高60~700C固化物寸稳定,耐溶剂性良好。双酚P型环氧树脂是由以3-氯丙烯和苯酚为主要原料合成双酚P,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠在催化下缩聚制得。双酚P型环氧树脂分子链柔性大,低温下流动性好,粘度低于双酚A环氧树脂,压缩强度和冲击强度高于双酚A环氧树脂。
    酚醛环氧树脂主要有苯酚线型酚醋环氧树脂和邻甲酚线型酚醛环氧树脂,还有间苯二酚型酚醛环氧树脂。另外,四酚基乙烷环氧树脂也属于酚醛环氧树脂;苯酚线型酚醛环氧树脂(EPN)是由苯酚与甲醛在酸性介质中进行缩聚反应得到的线型酚醛树脂,再与过量的环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而制得的线棕黄色的粘稠液体或半固体;邻甲酚线型酚醛环氧树脂是邻甲酚与甲醛缩合得到的线型邻甲酚醛树脂,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下反应,经多步骤处理后而制得的黄色至琥珀色固体;环氧间苯二酚甲醛树脂化学名称为间苯二酚甲醛四缩水甘油醚,是由间苯二酚与甲醛以草酸为催化剂反应制得四官能酚醛树脂。再与环氧氯丙烷在氢氧化钠存在下缩聚而得的橙黄色粘稠液体;四酚基乙烷环氧树脂化学名称为四酚基乙烷缩水甘油醚(PGEE),是由苯酚与乙二醛在酸性催化剂存在下反应制得四酚基乙烷,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下反应制得;萘酚酚醛环氧树脂(EEPN)是以a-萘酚与甲醛溶液缩聚,合成出线型蔡酚醛树脂,再与环氧氯丙烷在氢氧化钠催化下反应制得;氟化环氧树脂由于引入了氟原子,使分子结构致密,碳氟原子紧密地排列在树脂主链周围。因而表央张力、磨擦系数、折射率很低,有极优异耐腐蚀性、耐磨性、耐热性、耐污染性、耐久性。但价格高昂不能作为一般的用途。
    聚氨酯环氧树脂又称环氧氨基甲酸酯树脂,是由聚酯(或醚)多元醇与环氧氯丙烷在BF3和NaOH作用下生成多元醇缩水甘油醚再与二异氰酸酯加成缩聚制得;有机硅环氧树脂是分子结构中含有硅的环氧化物是由聚甲基苯基硅氧烷与环氧树脂共缩聚而成。甲苯为溶液,淡黄色均匀液体;有机钛环氧树脂是由双酚A型环氧树脂中的羟基与钛酸正丁酯反应而得。由于树脂中引入了金属元素钛,不仅解决因羟基存在造成的吸水性增大、防潮性和电性能降低等问是,而且由于树脂中具有P电子的氧原子和具有D电子缺位的钛原直接相连,导致大分子链中存在的P-D共轭效应,而使耐热老化性能显著提高,介电性能更好。外观为黄色至琥珀色高粘度透明液体。
    随着高新技术和技术的不断发展。近年来对环氧树脂的改性不断深入,互穿网络、化学共聚和纳米粒子增韧等方法广泛应用,由环氧树脂配制成的各种高性能胶粘剂品种也越来越多。
    环氧树脂胶粘剂的品种繁多,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。
    按固化条件分类: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℃;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℃;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。
    按胶接强度分类: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;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;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。
    按用途分类:通用型胶粘剂,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、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。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。
    3、环氧类胶粘剂的性能特点
    一般环氧树脂结构中含有羟基、醚键使它有高的粘接性,由于这些极性基团,因此能使相邻界面产生电磁力,在固化过程少,伴随和固化剂的化学作用,还能进一步生成经基和醚键,不仅有较高的内聚力,而且产生很强的粘附力,所以环氧胶粘剂对许多种材料如金属、塑料、玻璃、木材、纤维等都具有很强的粘接强度,俗称“万能胶”。
    环氧树脂的分子排列紧密,在固化过程中不析出低分子物,而且它可以配制成无溶剂型胶粘剂,所以它的收缩率一般比较低。如果选用适当填料,可使收缩率降至0.1~0.2%。
    环氧树指结构中存在稳定的苯环、醚链以及固化后结构致密,决定了环氧胶粘剂具有对大气、潮湿、化学介质、细菌等的作用有很强的抵抗力,因此可应用在许多较为苛刻的环境中。
    环氧类胶粘剂粘接力大,粘接强度高;收缩率小,尺寸稳定,环氧树脂胶在固化时几乎不放出低分子产物.线膨胀系数受温度影响小,因此,粘接件的尺寸稳定性好;环氧树脂胶的固化产物具有优异的电绝缘性能,体积电阻率为1013~1016Ω.cm,介电强度为30~50KV.Mm-1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;环氧树脂与很多的橡胶(弹性体)及热塑性树脂相溶性好,甚至发生化学反应;与填料分散性好,可在很大范围内改变环氧树脂胶的性能;工艺性好,使用方便,毒性较低,危害性小;树脂中含有很多的苯环和杂环,分子链柔性小,加之固化后的交联结构不宜变形,未增韧的环氧树脂胶韧性不好,脆性较大,剥离强度很低,不耐冲击振动。
    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。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。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)。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。能耐酸、碱、盐、溶剂等多种介质的腐蚀。
    根据所选用的固化剂种类不同,环氧胶粘剂可分别在常温、中温或高温下固化。一般固化时只需要接触压力0.1~0.5MPa,大部分环氧树脂胶粕剂不含溶剂,操作方便。一般环氧胶的施工粘度。适用期限和固化速度可通过配方调节,满足各种要求。这不但易于保证粘接质量,也简化了固化工艺及设备。环氧树脂固化后,可获得良好的电绝缘性能;击穿电压>35kV/mm体积电阻>1015Ω.cm,介电常数3~4(50Hz),抗电弧100~140s。环氧树脂胶粘剂改变其组成(固化剂、增韧剂、填料等),可以得到一系列不同性能的胶粘剂配方,以适应各种不同的需要,且和许多改性剂混合而产生各种性能不同的品种。一般双酚A型环氧树脂的使用温度从-60~175℃有时短时间达200℃,若采用耐高、低温的新型环氧树脂,使用温度可更高或更低,而且环氧树脂的吸水性小。
    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:不增韧时固化物一般偏脆,抗剥离、抗开裂、抗冲击性能差;对极性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯等)粘接力小。必须先进行表面活化处理;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,施工时应加强通风防护。
    上述可见,环氧树脂具有良好的综合力学性能,特别是高度的粘合力、很小的收缩率、很好的稳定性、优异的电绝缘性能,作为粘合剂、复合材料基质、粉末涂料等制品提供了物质基础。
    4.环氧胶粘剂应用技术进展
    耐热环氧树脂胶粘剂是采用改性环氧树脂配制而成的一种胶粘剂,可在250℃下间歇使用,甚至可在400℃下长期使用,460℃下短期使用。这种胶粘剂的基体树脂一般是引入较多的刚性基团或提高固化物的交联密度。比如带芴基、萘环环氧树脂和多官能团环氧树脂,或者用马来酰亚胺、有机硅改性的环氧树脂胶粘剂粘接的均能达到460℃短期耐高温、高强度的要求。近年来随着电子电器和宇航工业的发展,对耐高温、耐烧蚀性能要求越来越高。当飞行器在大气层中高速飞行时,有时因气动加热温度可达到数千度,即使是最耐热的金属材料也要被熔化。因此,为了减轻重量,一般采用耐高温复合材料来替代金属材料。即使是电子电器行业,目前也相继提出了耐350℃高温的密封胶,甚至提出耐500~1000℃的耐火焰绝缘粘合剂。我国航空总公司开发的F系列环氧固化剂及新近开发的B、H、HE系列环氧固化剂,均可使型环氧树脂耐500℃的高温,并具有优异的阻燃性能、耐烧蚀性能和良好的工艺性能。
    改性环氧树脂胶粘剂及制备方法,克服了一般环氧胶粘剂的脆性、耐温性差的缺点,其主要技术特征是以聚氨酯预聚物改性环氧树脂(A组分)与自制的固化剂(B组分)按10∶1~1∶1(重量比)的比例配制成耐高温、韧性好、反应活性大的固化体系。其中聚氨酯预聚物为端羟基聚硅氧烷和二异氰酸酯按一定比例在一定条件下反应制成异氰酸酯基团封端的聚硅氧烷聚氨酯预聚物,再采用此聚氨酯预聚物对环氧树脂进行改性处理。而自制的固化剂由二元胺、咪唑类化合物、硅烷偶联剂,无机填料以及催化剂组成。此改性环氧树脂胶粘剂可室温固化,在200℃下可长期使用,或-5℃固化耐温150℃;粘接强度达15-30Mpa;T型剥离强度达35-65N/cm,具有优异的耐油、耐水、耐酸、碱、耐有机溶剂的性能,可粘接潮湿面,油面及金属、塑料、陶瓷、硬质橡皮、木材等。
    要提高环氧树脂强度,一般通过添加第二组分来增韧树脂,提高环氧树脂的韧性。据介绍,主要有液态增韧、增韧、弹性微球增韧、热致液晶(TLCP)增韧和聚合物共混、共聚改性等。
    液态橡胶增韧改性一般是指含端羧基、胺基、羟基、硫醇基、环氧基的液态丁腈橡胶、聚等,与环氧树脂相混溶,在固化过程中析出,形成“海岛模型”的两相结构,通过活性基团相互作用,在两相界面上形成化学键而起到增韧作用。近年来,除了采用纯活性液态橡胶的预反应加成物之外,已发展到第二代采用高官能度环氧树脂和第三代采用金属茂催化剂制备嵌段共聚体改性环氧预聚物,通过这样改性之后不但提高了剥离强度,而且整体机械性能和热性能并未明显降低。
    聚氨酯增韧环氧胶是通过聚氨酯和环氧树脂形成半立穿网络聚合物(SIPN)和互穿网络聚合物(IPN),起到强迫互溶和协同效应,使高弹性的聚氨酯与良好粘接性的环氧树脂有机结合在一起,通过互补和强化从而取得良好的增韧效果。
    单组分常温湿固化环氧胶是一种以改性酮亚胺作为固化剂固化的环氧胶,其特点是可在潮湿和低温条件下进行固化,并能改进环氧树脂固化物的耐温性和耐腐蚀性能。酚醛改性酮亚胺固化剂,它是先由、甲醛、间苯二胺反应生成酚醛胺,然后再与甲基异丁酮反应生成酚醛改性酮亚胺。目前国内正在努力研究低温、低湿下的快速固化环氧胶的速固化技术。目前国内研制的双组分室温固化环氧胶,可耐200~260℃温度,最高可达到275℃,25℃下2~6min即可凝胶,完全固化3~8h,聚醚二胺固化的剥离强度可达到4~5kN/m。低温快固化环氧胶是由双酚F环氧树脂配制而成的,它与亚磷酸二苯基癸酯、DMP-30等配合,在-5℃温度可迅速固化,目前已开发并应用于土木建筑领域。主要用于混凝土“整体工程”粘接,建筑物补、制品修补和建筑材料粘接等。在建筑工程中,它可代替铆钉、焊接等结构联接工艺,用于粘接各种、大理石和人造板材等。
    高强度复合材料修复技术是未来输油输气管道外防腐层修复技术发展的趋势,它是以高性能树脂基体粘结增强材料形成防护结构的技术,因而具有较高的抗压、抗拉强度和粘结力。修复施工时不需要管道停输或减压运行,同时具有操作简单方便、施工人员容易培训、补强效果好和经济效益显著等优点。复合材料修复技术可进行现场缠绕施工和就地固化,施工过程明火、安全、方便。再次,玻璃纤维、碳纤维或织物增强的复合材料强度远超过普通钢材,使得复合材料修复和补强的效率较高;复合材料具有可设计性,可以根据缺陷损害程度和受力情况进行厚度、层数、纤维分布等方面的针对性设计,其修补的可靠性高;玻璃纤维或碳纤维增强的树脂基复合材料的层问胶粘剂与金属具有良好的界面粘结性、密封性和优异的耐腐蚀性,可大大降低管道运行期内的二次腐蚀破坏。在复合材料修复技术中,胶粘剂的选用对其防护性能具有至关重要的影响。
    聚氨酯对环氧树脂胶粘剂进行增韧改性时,聚氨酯链段贯穿到环氧树脂链段中,形成互穿聚合物网络结构(IPN)或半互穿聚合物网络结构(SIPN)。因为聚氨酯与环氧树脂溶解度不同,IPN材料呈现不同程度的相分离,但由于网络间相互缠结,发生“强迫互溶”,使相容性增加;并且聚合物一经交联后,相互缠结的网络使相区固定,由于聚氨酯颗粒分散在连续的环氧树脂相中,使体系的韧性增加,分散了固化物的应力集中,抗剪切强度增大。随着聚氨酯添加量的增加,抗剪切强度逐渐增大,但当聚氨酯的含量超过13.04%时,由于聚氨酯/环氧树脂形成的互穿聚合物网络结构的互穿程度已经达到饱和。进一步增加聚氨酯用量,互穿聚合物网络会出现互穿过度,聚氨酯与环氧树脂相分离,形成裂缝,聚氨酯与环氧树脂的相容性急剧下降。因此,对抗剪切强度而言,最佳的聚氨酯用量为13.04%。剥离强度高低主要和环氧树脂胶粘剂的粘结性能及柔韧性有关,由聚氨酯和环氧树脂形成的互穿聚合物网络结构体系的变化规律可知,随着聚氨酯添加量的增多,固化物的柔韧性出现先增后降的变化,所以环氧树脂胶粘剂的剥离强度会随聚氨酯的添加量增加出现先增大后减小的趋势。当聚氨酯达到20%之后,剥离强度随着聚氨酯添加量的增加开始下降。因此,对剥离强度而言,最佳的聚氨酯用量为20%。
    在众多环氧树脂增韧技术中,以聚氨酯为代表的弹性体的增韧效果最为显著。但是环氧树脂是线型的热塑性树脂,本身不会硬化,只有加入固化剂,使它由线型结构交联成网状或体型结构,才能实现固化。因此,在利用聚氨酯对环氧树脂进行增韧的同时,需要添加固化剂,使其满足施工时对固化性能的要求。环氧树脂含有多个苯环或杂环,分子链柔性小,固化后的环氧树脂具有高的交联结构,该交联结构不易变形,导致环氧树脂类胶粘剂存在韧性不足、易脆裂、剥离强度低和抗冲击性差等缺点,使其应用受到极大的限制,因此环氧树脂的增韧改性对其在管道修复中应用具有重要的现实意义及其应用前景。
    实践中常常需要既能在室温固化又能在高温环境中使用的胶粘剂。例如建筑用的结构胶粘剂,不仅要求能够耐受高温以防止建筑物在火灾中整体垮塌,还因为粘接面积大不可能加热固化。但室温固化EP胶粘剂一般不能在高温下使用,而耐热的EP胶粘剂往往需要加热才能完全固化。所谓室温固化,通常是指可在室温(20~30℃)条件下几min或几h内凝胶,并在7d以内完全固化,并达到可用强度的固化方法。尽管室温固化、高温使用的胶粘剂已取得了一些进展,但与需要尚有相当大的距离,今后应加强开展对EP胶粘剂固化机理研究,研制多官能度的活性固化剂;合成新型多官能度EP基体树脂,探索EP树脂的新型改性方法和新型填料;在提高性能的基础上,使胶粘剂的研发朝着资源节约型、环境友好型的方向发展。
    5、结束语
    环氧树脂胶粘剂具有优异的粘接性能和化学稳定性因而获得广泛应用,现代工业的发展要求EP胶粘剂兼具室温固化和耐受高温的能力。环氧树脂胶粘剂基体材料来源广泛,适用粘接多种基材,具有强度高、固化收缩率低、耐腐蚀、热稳定性及电绝缘性能好等特点,而且具有施工工艺简便、工效高、能耗小、成本低等优点,可大大降低劳动强度,节省人力成本,市场潜力巨大应用前景广阔。

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