環氧膠黏劑是使用最廣用量最大的一類膠黏劑,約占市場份額70%——80%的份額。怎樣實際出環氧膠的最佳配方?
要設計出環氧膠粘劑的最佳配方,達到所要求的膠接性能,就必須了解環氧膠粘劑的粘附機理和膠接的破壞機理。
關于環氧樹脂膠粘劑配方設計的基本原則,應把握好以下三個方面。
一、膠粘劑階性質與膠接性能的關系。膠粘劑的性能對膠接性能具有決定性的影響,對膠粘劑的配方設計至關重要。接頭中膠層和界面層的性能主要取決于膠粘劑的結構、性能及其固化歷程,當然還與被粘物的表面結構和性質等有關。本節討論的膠粘劑的性質是指固化后的膠層和界面層階性質。影響膠接性能的膠粘劑性能主要有:
(1)膠粘劑的強度和韌性。前者是膠粘劑抵抗外力的能力,而后者是降低應力集中、抵抗裂紋擴展的能力。提高膠粘劑的強度和韌性有利于提高接頭的膠接強度。
(2)膠粘劑的模量和斷裂伸長率。二者影響膠接接頭的應力分布。低模量和高斷裂伸長率的膠粘劑會大大提高“線受力”時的膠接強度。但是模量太低、斷裂伸長率太大往往會降低內聚強度,反而位膠接強度降低。對這兩種影響相反的因素,只有找到它們共同影響下的最佳值,才能得到最好的“線受力”’膠接強度。
(3)膠粘劑的穩定性和耐久性。這是它抵抗周圍環境(溫度、濕度、老化、介質侵蝕等)使膠粘劑性能劣化和結構破壞的能力。對提高接頭的耐熱性、耐濕熱性、耐老化性、耐腐蝕性及安全可靠性等有決定性作用。抗剪強度(面受力)和剝離強度(線受力)顯然是性質不同的兩類性能。前者屬于應力范疇,是材料的極限應力(破壞應力);后者與膠粘劑的形變能有關,屬于能量范疇,是材料的斷裂能(斷裂功)。所以有人把剝離強度列為韌性參數。中尾一宗等測定了膠層厚度、溫度及測試速度與剝離強度的關系,發現這些參數可以換算,曲線中剝離強度峰的數目與膠粘劑的轉變點數目有關。環氧膠粘劑的硬度、模量與膠接性能的關系,可按硬度大小分成四個區域:非結構性膠粘劑、柔性膠粘劑、一般結構膠粘劑和耐熱膠粘劑。
必須指出的是:膠粘劑的性能與膠接性能是相互關聯又相互制約的,只有綜合考慮、全面權衡,才能設計出所需環氧膠粘劑的最佳配方。
二、確定所需環氧膠粘劑關鍵性能的主要依據
(1)按接頭中膠層的受力狀態和大小選擇膠粘劑的性能。若為“面受力”,宜選用內聚強度和粘附強度大、韌性好的膠粘劑。若為“線受力”則宜選用韌性好、模量較小、斷裂伸長率較大的膠粘劑。受疲勞或沖擊載荷時宜選用韌性好的膠粘劑。
(2)按被粘物的性質選擇膠粘劑。剛性大的脆性材料(如玻璃、陶瓷、水泥、石料等)宜用強度高、硬度和模量大、不易變形的膠粘劑。鈑金件和結構件等堅韌、高強的剛性材料,由于承載大并有剝離應力、沖擊和疲勞應力,宜用強度高、韌性大的結構膠粘劑,如環氧-丁腈膠。柔軟及彈性材料(塑料薄膜、橡膠等)一般不用環氧膠。也可選用柔性大的環氧膠。多孔性材料(泡沫塑料、海損等)宜用教度較大、柔性好的環氧膠。極性小的材料(聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)應先經表面活化處理后再用環氧膠粘接。
(3)按使用溫度選擇膠粘劑。膠粘劑的玻璃化溫度Tg一般應大于最高使用溫度。通用型環氧膠粘劑的使用溫度約為-40~+80℃。使用溫度高于150℃時宜用耐熱膠粘劑。使用溫度在-70℃以下時宜用韌性好的耐低溫膠粘劑,如環氧-聚氨酯膠、環氧-尼龍膠等。冷熱交變對接頭破壞較大,宜用韌性好的耐高低溫膠,如環氧—尼龍膠等。
(4)按其他使用性能要求選擇膠粘劑。如耐水性、耐濕熱性、耐老化性、耐腐蝕性、介電性等。
(5)按工藝要求(固化溫度、固化速度、教度、潮面或水中固化等)選擇膠粘劑。所選出的膠粘劑常常不能同時滿足所有的要求。這就需要正確地判斷哪些性能是所需膠粘劑的主要性能(關鍵性性能),哪些是次要性能。并按照確保主要性能,兼顧其他性能的原則設計膠粘劑配方。