J-200-1D室温固化环氧树脂胶粘剂的研制
                     孙明明1,张斌1, 2,张绪刚1,张密林2,李坚辉1,李奇力1,关常参1
(1.黑龙江省石油化学研究院,黑龙江哈尔滨150040; 2.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨150001)
    摘要：采用自制的含有改性芳胺结构的复合固化剂,使环氧树脂胶适用期延长,固化速度加快。同时对环氧树 脂增韧剂的添加量进行了考查,对比了其剪切强度和剥离强度,结果表明聚氨酯预聚体对环氧树脂进行改性比较 理想,室温剪切强度可达30. 6MPa,剥离强度可达5. 1 kN·m-1。通过进一步对胶粘剂的固化条件、耐介质性能及 耐湿热老化性能的考查,说明J-200-1D胶粘剂具有优异的工艺性能及耐候性能。
    关键词：环氧树脂;多元醇;改性;力学性能
    中图分类号：TQ 433. 4+37　文献标识码:A　文章编号:1001-5922(2005)02-0004-03
    现代工业的发展对胶粘剂提出了越来越高的要求,一个 很重要的要求就是尽可能地降低固化温度,{zh0}是室温固化。环氧树脂类胶粘剂[1~5]室温固化速度慢,如果为提高固化速度加入促进剂或选用高活性的固化剂,其适用期又会缩 短,甚至爆聚。本文选用自制的含有改性芳胺结构的复合固化剂,并用端异氰酸基聚氨酯预聚体对环氧树脂进行改性, 有效地解决了适用期与固化速度的矛盾,研制出了固化速度快、具有较高剪切强度和剥离强度的J-200-1D胶粘剂。
    1　实验部分
    1. 1　原材料及规格
    端异氰酸基聚氨酯预聚体(简称聚氨酯),自制; CTBN, 工业品,兰州石化;聚硫橡胶121,工业品,锦西化工研究院; 环氧树脂E-51,工业品,无锡树脂厂; 6904固化剂(改性芳 胺),自制;其他固化剂均为市售工业品。
    1. 2　实验方法
    分别将聚氨酯、CTBN、聚硫橡胶121按一定比例加入到 环氧树脂E-51中,搅拌混合均匀,升温至100℃后保温1 h, 自然冷却备用。加入固化剂混合均匀后,即可粘接试片。
    1. 3　测试方法
    剪切强度:GB/T 7124-1986。
    剥离强度:GB/T 7122-1996。
    2　结果与讨论
    2. 1　固化剂对性能的影响
    固化剂的结构不同,其固化环氧树脂所得固化产物的性能也有很大差别。我们首先对市售的多种环氧树脂固化剂固化环氧树脂E-51的性能进行比较,固化条件为25℃/3 d, 结果如表1所示。
              
    由表1可以看出,聚酰胺类固化剂适用期较长,常温剪切强度也较高,但高温强度较低,固化速度太慢,黏度也较 大,操作不便。脂肪胺及改性脂肪胺类固化剂黏度较小,混胶较容易,但其适用期太短,黏度增加较快,而且其固化物很脆,强度比较低。市售的多种固化剂及其组合效果都不理想,为此我们选用自制的含有改性芳胺结构的6904复合固化剂,其黏度较低,固化环氧树脂适用期适中,固化速度快, 粘接强度明显比其他固化剂高。因此选用6904固化剂进行 试验。
    2. 2　增韧剂对性能的影响
    6904固化剂工艺性较好,但粘接强度仍不高,尤其是剥 离强度很低,这主要是由于主固化体系仍然较脆,因此我们 使用橡胶弹性体对环氧树脂进行增韧改性。对比了聚氨酯、 CTBN、聚硫橡胶121等的增韧效果。添加量均为20份,固化 条件为25℃/3 d,结果见表2。
    由表2可以看出,CTBN增韧环氧树脂粘接强度高,但黏 度太大,操作不便,同时其价格昂贵,不适于民用。聚硫橡胶 改性环氧树脂黏度低,工艺性好,但粘接强度也低。聚氨酯 改性环氧树脂黏度适中,工艺性比CTBN改性好,剪切强度 与CTBN改性相当,而剥离强度略高,可达5. 1 kN·m-1,尤 其是聚氨酯改性环氧树脂成本低,有利于推广,因此,我们最终确定用聚氨酯来增韧环氧树脂。
            
    2. 3　增韧剂添加量对性能的影响
    聚氨酯添加量对胶粘剂性能的影响见表3。固化条件仍 为25℃/3 d。
            
    由表3可以看出,随着聚氨酯预聚体添加量的增加,粘接强度不断提高。在添加量为20份时, 90℃剪切强度达到 {zg},为18. 5MPa;在添加量为30份时,室温剪切强度和剥离强度达到{zg},分别为34. 2 MPa和5. 4 kN·m-1,然后随 着聚氨酯预聚体添加量的增加,粘接强度开始下降。这种结果符合橡胶弹性体增韧环氧树脂的理论。聚氨酯预聚体添加量在20~30份时粘接强度{zh0},考虑到加入量越大体系黏度越大,最终确定加入20份聚氨酯。
    2. 4　固化工艺对性能的影响
    固化温度对J-200-1D胶粘剂性能的影响,如表4所示。由表4可以看出, J-200-1D胶粘剂固化速度较快,而同时还具有较长的适用期。因此, J-200-1D胶粘剂非常适合大规模 的工业化生产。如果需要提高效率,可适当提高固化温度。
    2. 5　J-200-1D耐介质性能
    70℃固化1h的J-200-1D胶粘剂的耐介质性能,如表5 所示。
          
    由表5可以看出, J-200-1D胶粘剂耐介质性能优异,强度 变化不大。
    2. 6　J-200-1D耐湿热老化性能
    70℃固化1h的J-200-1D胶粘剂的耐介质性能如表6所 示,老化条件为55℃、RH95% ~{bfb}。由表6可以看出, J- 200-1D胶粘剂具有优异的耐湿热老化性能。
          
    3　结论
    (1)J-200-1D胶粘剂采用黏度较低的含有改性芳胺结构的6904复合固化剂,适用期适中,固化速度快,解决了适用期与固化速度之间的矛盾。
    (2)端异氰酸基聚氨酯预聚体增韧环氧树脂性能优异,与CTBN增韧效果相当,而成本大大降低。
    (3)J-200-1D胶粘剂操作工艺性好,粘接强度高,具有优 异的耐介质、耐湿热老化性能。
    参考文献
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