由表1 可知:当温度为90~140℃时,凝胶时间随温度升高呈先短后长再短趋势;当温度≤100 ℃时,凝胶时间为30 min 左右。温度较低时,EP 胶粘剂的交联固化反应并不彻底,其放热效应较小,不能保证体系充分固化;欲使体系完全固化,必须延长体系的固化时间;反之,温度过高时,由于反应放热剧烈(易爆聚),会导致EP 胶粘剂固化过度。
经过反复实验,选择EP 胶粘剂的最佳固化温度为100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h 时较适宜。
2.1.3 稀释剂对环氧胶粘剂的影响
PU 热熔胶与EP 相容性不好,需要加入稀释剂,同时降低胶粘剂的粘度(词条“粘度”由行业大百科提供),才能使胶粘剂在实际运用中有更好的可操作性。不同试样,粘度不同,稀释剂的用量也不相同。本实验选用AGE 作为活性稀释剂,当AGE 用量太少时,胶粘剂不能很好地搅拌和涂布,AGE 用量过多时,对胶粘剂的粘接性能以及其他一些性能有影响,根据体系的粘度(3 Pa·s)并经过反复实验确定:只有当其用量为ω(AGE)=7%(相对于EP 质量而言),才能达到最佳效果。
2.2 EP 胶粘剂的FT-IR表征与分析
在其他条件保持不变的前提下,固化条件为100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h,EP 胶粘剂固化前后的FT-IR 曲线见图1。
由图1 可知,908 cm-1 为环氧基团的吸收峰,通过对固化前后对比,EP 胶粘剂固化后,在908cm-1 处环氧基团的特征吸收峰基本消失,说明在此固化条件(100 ℃/0.5 h + 140 ℃/1 h)下制得的EP 环氧胶粘剂已固化完全。完全固化后,其他基本基团的特征吸收峰依然存在,但是由于一些新的基团生成,使相应基团部分发生红移或蓝移。
2.3 PU热熔胶对EP 胶粘剂性能的影响
2.3.1 PU 热熔胶含量对胶粘剂粘接强度的影响
在其他条件保持不变的情况下,PU 热熔胶含量对EP 胶粘剂粘接强度的影响如表2 所示。
从表2 可以看出,EP 胶粘剂自身的粘接强度并不高,但加入PU 热熔胶后,粘接强度有明显的增加,当热熔胶的质量分数为30%时,粘接强度达到最大值32.94 MPa,粘接强度增加了59.5%。继续增加热熔胶的含量,粘接强度反而开始下降,这是由于环氧树脂在固化的过程中,分子结构会发生旋转,引起表观收缩,且脆性较大,会产生内应力。加入PU 热熔胶后,与环氧树脂相容,在固化时,热熔胶填充了树脂官能团之间空隙,降低了胶粘剂的收缩率,减小了内应力,几乎不会产生应力集中,才使胶粘剂与金属之间有更好的表面润湿能力,粘接强度增加;当质量分数超过30%,随着热熔胶含量的继续增加,树脂中热熔胶已经饱和,热熔胶部分单独起着胶结作用,所以会降低整体胶粘剂的粘接强度。纯PU 热熔胶的粘接强度仅为8.16 MPa,因此只有两者结合使用才能起到增强作用。
2.3.2 PU 热熔胶含量对胶粘剂耐候性的影响
在其他条件保持不变的情况下,PU 热熔胶含量对EP 胶粘剂耐候性的影响见图2 所示。
由图2 可知,随着PU 热熔胶含量的增加,胶粘剂的耐候性逐渐增强,当热熔胶的质量分数为30%时,老化前后的粘接强度变化不大,即耐候性较好。这是由于聚氨酯是热塑性树脂,分子结构为线形,柔韧性较好;EP 是热固性树脂,固化后呈脆性。加入PU 热熔胶的EP 经固化后,收缩率下降,内应力减小,耐热(词条“耐热”由行业大百科提供)老化性有较大的提高。
2.3.3 PU 热熔胶含量对胶粘剂抗冲击强度的影响
在其他条件保持不变的情况下,PU 热熔胶含量对EP 胶粘剂抗冲击强度的影响见图3 所示。
由图3 可知,随着PU 热熔胶含量的增多,胶粘剂的抗冲击强度有了明显提高。当在环氧树脂中添加10%的PU 热熔胶后,树脂的抗冲击强度明显增加,从16.7 kJ/m2 升至27.8 kJ/m2;随着PU 热熔胶含量的进一步增加,其抗冲击强度增加缓慢,当PU 热熔胶的质量分数为30%时,冲击强度可达32.4 kJ/m2。这是由于PU 热熔胶为线形热塑性树脂,分子链柔性好,有很好的韧性,而EP 为热固性树脂,固化后呈脆性。EP 中添加PU 热熔胶固化时,柔性分子链可以填充立体网状结构的空隙,能使结构受力均匀,减小内应力,同时在受到冲击力时,可以起到缓冲作用,分散作用力,使得其抗冲击强度增大。
综上所得,选用含质量分数为30%的PU 热熔胶效果最好。
3.结论
以双酚A 型环氧树脂(GRLR-128)为基体树脂,聚氨酯(PU)热熔胶为增强、增韧填料,双氰胺(DCA)为固化剂,咪唑为固化促进剂,烯丙基缩水甘油醚(AGE)为活性稀释剂,制备了1 种适用于金属的高粘接强度胶粘剂,并对该胶粘剂做了红外表征和相关性能测试,得出如下结论:
1)固化温度和时间对固化产物的性能有较大影响,该体系的最佳固化温度制度为:100 ℃/0.5 h +140 ℃/1 h。
2)通过对环氧胶粘剂固化物进行红外表征及粘接强度、耐候性、抗冲击强度的性能测试,得出当m(EP)∶ m(DCA)∶ m(咪唑)= 100 ∶ 10 ∶ 1,ω(AGE)= 7%,ω (PU) = 30%(均相对于EP 而言)时,此时可得到最高粘接强度为32.94 MPa,耐老化性和韧性较好的用于金属粘接的高粘接强度胶粘剂。