高性能室溫固化環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑的研究.pdf

1、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑性能優(yōu)異，膠接可靠性高，使用工藝簡(jiǎn)單，在結(jié)構(gòu)膠中占有主導(dǎo)地位。由于環(huán)氧膠固化物脆性較大，采用不同方式對(duì)其進(jìn)行增韌改性一直是研究熱點(diǎn)，而如何使室溫固化環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠達(dá)到中溫固化或高溫固化結(jié)構(gòu)膠的性能則未見(jiàn)報(bào)道。本課題研究使用聚氨酯預(yù)聚體、異氰酸酯三聚體、納米蒙脫土改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑，提高其力學(xué)性能及耐熱性能，制備了室溫固化，具有優(yōu)良機(jī)械性能的環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，并對(duì)增韌機(jī)理進(jìn)行了研究。課題主要包括以下內(nèi)容： 1．通過(guò)分子設(shè)計(jì)，合

2、成了用于環(huán)氧膠粘劑的增韌材料聚氨酯預(yù)聚體、甲苯二異氰酸酯(TDI)三聚體、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體，確定了合成工藝，利用凝膠色譜(GPC)和紅外光譜(IR)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征，對(duì)其貯存穩(wěn)定性作了利于工業(yè)化應(yīng)用的研究。結(jié)果表明：控制異氰酸酯與聚醚多元醇的投料比例，可得到分子量適宜的聚氨酯預(yù)聚體。在催化劑存在下，控制合適的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，可由TDI和IPDI自聚反應(yīng)得到質(zhì)量較好的三聚體產(chǎn)品。TDI自聚反應(yīng)的適宜條件為：催

3、化劑為Cat-2，用量0.2﹪，反應(yīng)溫度為61℃～65℃，反應(yīng)時(shí)間在60min以?xún)?nèi)。IPDI自聚反應(yīng)適宜條件為：反應(yīng)溫度為80℃～90℃，催化劑為Cat-5，用量為1.2﹪～2.0﹪，反應(yīng)時(shí)間10～12h。聚氨酯預(yù)聚體和TDI三聚體以苯甲酰氯作為穩(wěn)定劑，IPDI三聚體以對(duì)甲苯磺酸甲酯作為穩(wěn)定劑，分別加入0.2﹪～0.4﹪，產(chǎn)物可以穩(wěn)定存放。 2．根據(jù)室溫固化、適用期及力學(xué)性能指標(biāo)的要求，通過(guò)對(duì)固化放熱曲線、凝膠時(shí)間和固化時(shí)間的研

4、究，對(duì)環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠的基礎(chǔ)配方進(jìn)行了篩選。選擇了環(huán)氧膠粘劑的配方主體，A組分以環(huán)氧樹(shù)脂EP828為主，B組分為固化體系，以低分子聚酰胺和間苯二甲胺為主要成分，該固化體系揮發(fā)性小，毒性小，適用期范圍可控，可調(diào)性大。配膠后在20～25℃下的適用期為2～3小時(shí)，固化時(shí)間為4～5小時(shí)。不同季節(jié)使用時(shí)，其適用期和固化時(shí)間變化很大，需要時(shí)可加入固化促進(jìn)劑，固化促進(jìn)劑采用DMP-30，加入量為1﹪～5﹪。 3．采用聚氨酯預(yù)聚體、異氰酸酯三聚體及有

5、機(jī)納米蒙脫土增韌環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑，制備了高性能室溫固化環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑。研究了不同種類(lèi)聚氨酯預(yù)聚體、不同加入量、不同-NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)及不同加入方式對(duì)增韌效果的影響，通過(guò)對(duì)環(huán)氧膠固化物剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)分析可知，聚氨酯預(yù)聚體的加入可顯著提高環(huán)氧膠粘劑的韌性。固化物沖擊斷面的掃描電鏡(SEM)分析顯示，斷裂面呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征。其中-NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3﹪左右的N220-TDI預(yù)聚體，采用接枝方式加入，加入量為20g/(100

6、g環(huán)氧樹(shù)脂)時(shí)，環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑的綜合指標(biāo)最佳。異氰酸酯三聚體與聚氨酯預(yù)聚體按一定比例混合后，與聚醚多元醇反應(yīng)制成端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體，然后加入環(huán)氧膠中，有更好的增韌效果。三聚體含量為20﹪的預(yù)聚體加入量為20g/(100g環(huán)氧樹(shù)脂)時(shí)，環(huán)氧膠的剪切強(qiáng)度最高，達(dá)24.5MPa，拉伸強(qiáng)度為22.0MPa，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈明顯的“硬而韌”特征。固化物DSC和TGA分析顯示，與單獨(dú)使用N220-TDI預(yù)聚體相比，預(yù)聚體中加入10﹪和20﹪的T

7、DI三聚體，環(huán)氧膠固化物的玻璃化溫度(Tg)分別提高了3.9℃和6.2℃，熔融溫度(Tm)分別提高了2.5℃和4.0℃，熱分解溫度為350℃左右。說(shuō)明加入異氰酸酯三聚體，會(huì)使環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠固化物的耐熱性提高。將有機(jī)納米蒙脫土與聚氨酯預(yù)聚體混合后加入環(huán)氧膠體系，可以大幅度提高環(huán)氧膠的剪切強(qiáng)度(20.9MPa)、沖擊強(qiáng)度(24.7MPa)和拉伸強(qiáng)度(22.1MPa)，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線也呈典型的“硬而韌”特征，說(shuō)明納米蒙脫土與聚氨酯起到了協(xié)同增韌