环氧胶粘剂不但具有优异的
粘接和
力学性能,而且具有良好的耐介质性和电
绝缘性,又因为其
固化过程中
收缩率低、尺寸稳定、易于加工成型,所以在各领域得到了广泛的应用。面对业内外的越来越强的关注,
室温固化耐热环氧
胶粘剂的研究成为热点,其现状及进展,包括
环氧胶粘剂的主要性能特点,对室温固化的耐热环氧胶粘剂的研究现状、存在的问题及未来的发展趋势。
近年来,宇航、飞机制造、精密电子和机械加工等高科技产业的迅速发展,对胶粘剂的
耐热性提出了更高的要求,如超音速飞机机翼的蜂窝结构,机翼外部与空气摩擦可升温达260℃以上。一些战斗机的发动机中的印刷电路控制板要求使用温度也达280℃,许多航天器的零部件如导线接插件,导线包皮等也需要
耐热胶粘剂。 但是大多数耐热的环氧胶粘剂在固化过程中需要
加热,这使得环氧胶粘剂在许多领域的应用受到了限制,问题的关键在于使耐热环氧胶粘剂实现室温固化。
所谓室温固化就是将室温下为液态的
环氧树脂和
固化剂组分混合调制后,可于室温条件下一定时间内
凝胶,并在不超过7天的时间内完全固化并达到可用
强度的固化方法。室温固化的胶粘剂在使用时具有省时、省力、省工、节省能源、使用方便等一系列优点,不仅可以降低胶粘剂成本,而且可以简化加工过程,特别适用于大尺寸部件的高温维修及
收缩材料的粘接。因此,研制可室温固化的耐热胶粘剂就成为环氧胶粘剂的重要发展方向之一。
进入20世纪90年代以来,针对环氧胶粘剂耐热性和室温固化2个方面的研究都取得了很多的进展,例如:
俄罗斯的科研机构用特种
有机硅树脂及双马来酰亚胺
改性环氧
树脂,使胶粘剂的最高工作温度提高至400℃以上的研究已取得成效。
近年来各种用途的室温固化型
结构胶粘剂也被相继报道,仅美国一家商业刊物1993年向世界推出的双组分室温
固化胶粘剂就有近2000种;但能同时兼具耐热和室温固化这2种特性的环氧胶粘剂的研究尚且不多。目前室温固化的环氧树脂主要包括4大类型,其中首先是胶粘剂普通双酚A型环氧树脂。双酚A型环氧树脂是环氧树脂家族中产量最大、用途最为普遍的一大品种,对其耐热性和室温固化技术的研究也最为成熟,该领域的很多产品已投放市场并取得了良好的经济效益。
国产的DG-2,DG-3型室温固化耐热胶,以双酚A型环氧树脂和液体端羧基
丁腈橡胶预反应,采用改性胺及咪唑类固化剂,加入适量的
有机硅氧烷
助剂,室温固化7d后可达最高强度,使用温度可达150℃,T-型
剥离强度达30~60N/cm,可粘接
铝及
铝合金、紫铜、黄铜、
不锈钢、
碳钢、
尼龙等[7]各种材料。另一种国产CY-22胶粘剂是以环氧618(E-51)树脂、改性胺固化剂及耐热
填料为主要成分配制的胶粘剂,经室温24时固化后即可投入使用。 第2种是以高官能度环氧树脂为
基材的胶粘剂。由于含有耐热性骨架或可提高交联
密度的高官能度环氧树脂具有较高的耐热性能,所以对这一类环氧树脂室温固化研究,也是该领域的研究热点之一,并且在这方面的研究也取得了很多成果。
国内以双酚A类环氧和高官能度环氧组成混合环氧树脂,脂肪胺与芳香胺组成混合胺类固化剂以及用大分子
聚酰胺增韧的途径,研制了可室温固化耐温200℃的胶粘剂,具有优良的耐介质性和电绝缘性能;选用四官能团的AG-80环氧树脂,用CTBN和液体
聚硫橡胶(JLY-155)增韧,研制了室温固化耐热150℃环氧结构胶。CIBA GEIGY公司的产品,CTBN改性环氧MY720和ERL510混合胶粘剂,室温(25℃)固化6d后即可使用。
有机硅改性环氧树脂也受到广泛重视。有机
硅树脂具有柔
韧性好、低表面能、耐热、耐候、
憎水、介电强度高等优点,但其力学性能、
附着力、
耐磨性、耐
有机溶剂性较差且成本高,与环氧树脂的优缺点互补性较强,所以用有机硅改性环氧树脂是近年来发展起来的,既能降低环氧树脂
内应力又能增加环氧树脂韧性、耐热性等性能的有效途径。国内采用端羟基硅硼树脂改性环氧树脂和改性脂肪胺类耐热固化剂,合成出室温24小时固化的具有较高强度的耐热胶粘剂,长期使用温度为200℃、短期使用温度达250℃,对多种材料具有良好的粘接性能;利用有机硅改性的E-44型环氧树脂为主要原料,配以自制的室温下固化的改性胺类固化剂,和活性无机填料及端羟基液体丁腈
橡胶(HTBN)等制成柔性
耐温胶粘剂,具有良好的
弯曲强度和
剥离强度并具有一定的耐热性能,可以在100~150℃的环境下使用。 其它类型环氧树脂室温固化胶粘剂也有不少。
在环氧胶粘剂中添加其他类型耐热性树脂,如
酚醛树脂、
聚砜等也可以提高耐热性;另一种方法是向环氧
基体中添加聚酰亚胺或酰亚胺化合物,或将其用作固化剂,以提高环氧树脂的
热稳定性和
阻燃性。如采用三苯基膦和甲乙酮作
催化剂和
溶剂使带羟基的马来酰亚胺与环氧基进行简单的加成反应,得到互穿网络结构。以钡酚醛树脂改性环氧树脂、丁腈-40、
聚乙烯醇缩丁醛等为甲组分,复合多元胺类固化剂为乙组分的新型胶粘剂,在常温、接触压力下能够固化,具有较高的
粘接强度和耐热性能,可适用于耐热材料、
摩擦材料、
金属制品零件、复合
包装材料等的粘接。HT2160环氧胶粘剂采用
酚醛环氧树脂和脂环族环氧树脂复配,以酚醛胺类固化体系为主体配制而成,在室温下固化24小时后
剪切强度为16.4MPa,并可在160℃下长期工作。
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