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提高環(huán)氧膠粘劑耐熱性的研究進(jìn)展

來(lái)源:中北大學(xué)理學(xué)院 中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院,  作者:趙廣 張麗華  日期:2011-3-11
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摘要:介紹了耐熱環(huán)氧膠粘劑的主要性能特點(diǎn),論述了近年來(lái)在提高環(huán)氧膠粘劑耐熱性方面所采用的方法,同時(shí)指出了耐熱環(huán)氧膠粘劑的研究發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹(shù)脂 耐熱性 膠粘劑
 

  由以上可知,膠粘劑中加入一定量的填充劑,可以降低固化過(guò)程的收縮率,也能賦予膠粘劑某些特殊性能以適應(yīng)某些特殊的使用要求。加入填充劑能使膠粘劑增稠,避免其因固化過(guò)程中流動(dòng)而造成缺膠或影響樹(shù)脂的配比,也能改變環(huán)氧樹(shù)脂的觸變性能,以控制膠液的流動(dòng)性。填充劑粒子的活性表面與某些大分子鏈結(jié)合能形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),當(dāng)某條分子鏈?zhǔn)艿綉?yīng)力時(shí)可以通過(guò)交聯(lián)點(diǎn)將應(yīng)力分散傳遞到其他分子鏈上,因此當(dāng)某一鏈發(fā)生斷裂其他鏈仍然能起到作用。加入填充劑同時(shí)可以調(diào)節(jié)固化過(guò)程中的收縮率,降低膠粘劑與被粘物之間熱膨脹系數(shù)的差別,能阻止裂縫延伸,因此可以顯著增強(qiáng)膠接強(qiáng)度尤其是高溫下的剪切強(qiáng)度,也就是說(shuō)增強(qiáng)了膠粘劑的耐熱性能。
  2.5 固化劑的選擇
  環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑的分子結(jié)構(gòu)以及它們之間相互反應(yīng)性決定了固化物的熱變形溫度和熱氧化穩(wěn)定性。固化劑直接影響固化物的綜合性能,完善和優(yōu)化環(huán)氧膠粘劑的固化體系是改善耐熱膠粘劑性能最為常見(jiàn)的方法之一。通常要求所選用的固化劑或具有多官能度、或具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu),在與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)后可增加環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)度,提高環(huán)氧樹(shù)脂的熱穩(wěn)定性。這類固化劑分為兩類,一是芳香胺族、芳香多胺、改性胺等;另一類是芳香族多官能度酸酐。因此選用耐高溫、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的固化劑以及在膠體中加入其它功能性聚合物是改善環(huán)氧膠粘劑耐熱性的有效途徑。
  由于環(huán)氧樹(shù)脂本身并不具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、電氣絕緣、耐化學(xué)腐蝕等性能,所以不能單獨(dú)使用,只有和相匹配的固化劑混合后才能起到粘接作用。環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基團(tuán)與不同固化劑進(jìn)行交聯(lián),可生成性能優(yōu)良的固化物[17],一種性能優(yōu)異的固化劑等于開(kāi)發(fā)出一種新型環(huán)氧樹(shù)脂,所以固化劑占有十分重要的位置。張多太[18, 19]的SP樹(shù)脂, F系列的固化劑可使環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)異的阻燃性能,耐溫達(dá)到了500~1 000℃。
  芳香胺固化劑比脂肪胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂耐熱性高,但熱穩(wěn)定性比較差,將芳香胺改性成酰亞胺以提高耐熱性已是近年來(lái)開(kāi)發(fā)高性能固化劑的方向之一。盧彥兵等[20]以N2對(duì)羥基苯基馬來(lái)酰亞胺(HPM)作為鄰甲酚醛環(huán)氧樹(shù)脂固化劑,這種固化劑能顯著提高聚合物的Tg和熱分解溫度,熱分解溫度接近400℃。張多太等[21]研制的F系列環(huán)氧樹(shù)脂固化劑,可以使環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性提高到300℃,短時(shí)可到500℃。其研制的SP樹(shù)脂,只要加入少量到酸酐類固化劑中,環(huán)氧膠粘劑剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度均可明顯提高,氧指數(shù)也相應(yīng)提高。
  在使用固化劑改性環(huán)氧樹(shù)脂耐熱性時(shí),固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂的比例對(duì)膠粘劑的性能有著重要影響,應(yīng)盡量控制兩者的比例使改性后的膠粘劑性能達(dá)到最佳。同時(shí)固化溫度也是一個(gè)很重要的參數(shù),當(dāng)溫度較低時(shí),體系的粘度較小,反應(yīng)緩慢,甚至固化反應(yīng)進(jìn)行得很不完全,線形結(jié)構(gòu)并沒(méi)有完全轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致膠粘劑性能降低。隨著固化溫度的升高,樹(shù)脂的粘度變小,分子的活動(dòng)性增強(qiáng),固化反應(yīng)進(jìn)行的較完全,體系的交聯(lián)產(chǎn)物增多,可以加快聚合反應(yīng)速率,縮短固化反應(yīng)時(shí)間,使膠粘劑的性能得到增強(qiáng)。但考慮膠粘劑本身以及被粘接物的性能等因素,并不是固化溫度越高粘結(jié)效果越好,應(yīng)根據(jù)具體情況及需要確定最佳固化溫度。
  ·耐高溫環(huán)氧膠粘劑的發(fā)展趨勢(shì)
  盡管耐高溫膠粘劑應(yīng)用日益擴(kuò)大,新產(chǎn)品、新用途不斷被報(bào)道,但迄今為止,限于膠粘劑本身的固有缺陷,其性能很難有根本上的突破,這在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。
  耐高溫環(huán)氧膠粘劑今后的研究方向是向高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、耐高溫和功能化等方面發(fā)展,耐高溫膠粘劑研究的總體發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[22]:
  (1)加強(qiáng)新樹(shù)脂單體的研究,開(kāi)發(fā)新型的有機(jī)耐高溫膠粘劑;
  (2)積極開(kāi)發(fā)適用于耐高溫樹(shù)脂的新型固化劑;
  (3)利用和開(kāi)發(fā)新型的改性技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的耐高溫樹(shù)脂進(jìn)行改性;
  (4)利用新型功能填料,納米材料和晶須材料等新型材料的特殊性能制備出高性能和新功能的復(fù)合膠粘劑;
  (5)加大力量研制開(kāi)發(fā)配套設(shè)備,為用戶提供更好的施工手段。
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