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        高性能丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的研制

        2014-04-29 00:44:03聶琦思黃海江杜美娜高瀚文
        粘接 2014年6期
        關鍵詞:耐水性耐熱性柔韌性

        聶琦思 黃海江 杜美娜 高瀚文

        摘要:二代丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠具有諸多優(yōu)異的性能,但是耐水性、耐熱性依然存在不足。本文使用丙烯酸酯橡膠、MBS樹脂、自制離子促進劑、復配阻聚劑、巰基偶聯(lián)劑以及三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯等制備出固化平穩(wěn)、膠層柔韌、耐水耐熱性能良好的二代丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠。該結(jié)構(gòu)膠固化放熱平穩(wěn),本體斷裂伸長率可達50%。

        關鍵詞:二代丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠;固化平穩(wěn);柔韌性;耐水性;耐熱性

        中圖分類號:TQ433.4+36 文獻標識碼:A 文章編號:1001-5922(2014)06-055-03

        第2代丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠,簡稱SGA,是20世紀70年代由美國杜邦公司率先開發(fā)成功的一種新型膠粘劑,并于1975年成功推向市場[1]。其主要優(yōu)點如下:

        (1)室溫下快速固化,固化速度可控,可用加熱固化工藝快速定位,其定位速度可達到幾十秒甚至十幾秒。且固化收縮小,A/B組分混合后可100%固化。

        (2)使用方便,2組分之間無需嚴格定量,可以混合使用,也可分別涂覆后疊合粘接,有利于自動化涂覆。

        (3)力學性能優(yōu)異,常溫24 h內(nèi)剪切強度即可超過20 MPa(粘接金屬),且膠層柔韌,同時具有良好的剝離及沖擊強度。

        (4)粘接范圍廣泛,適用于大部分塑料和金屬的粘接。

        (5)表面處理簡單,可油面粘接,并具有較高的強度[2]。

        由于上述優(yōu)點,SGA受到廣泛的關注,并不斷更新?lián)Q代。SGA不含雙酚A,符合歐盟對電子產(chǎn)品相關的限令,這是其他類型結(jié)構(gòu)膠滿足不了的[3]。

        但是SGA仍存在一些不足,如:固化放熱較大,會導致不耐熱材料發(fā)生變形,膠層較硬,在有些粘接工藝上難以應用,同時耐水性和耐熱性也存在不足[4],制約著SGA的應用和發(fā)展。本文通過單體、樹脂等的選擇對以上問題進行了研究。

        1 實驗部分

        1.1 主要原料

        甲基丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸,多官能丙烯酸酯,丙烯酸酯橡膠,三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯,E-51樹脂,硅酸鋁粉末,巰基偶聯(lián)劑,BPO,N,N-二甲基對甲苯胺,磷酸酯助劑,自制離子促進劑,MBS樹脂,增塑劑,阻聚劑,石蠟,顏料。

        1.2 制備方法

        1.2.1 A組分制備方法

        (1)將丙烯酸酯橡膠粉碎成小塊備用。

        (2)將甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、多官能丙烯酸酯、三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯按比例投入反應釜中,通入冷卻水降溫,攪拌條件下投入丙烯酸酯橡膠,至丙烯酸酯橡膠完全溶解。

        (3)將復配的阻聚劑按比例投入反應釜中,攪拌均勻后加入適量自制離子促進劑。而后投入N,N-二甲基對甲苯胺、磷酸酯助劑和巰基偶聯(lián)劑,攪拌均勻。

        (4)按比例將MBS樹酯、石蠟、硅酸鋁粉末投入反應釜中,攪拌均勻至無顆粒為止。

        1.2.2 B組分制備方法

        將增塑劑、BPO、MBS樹脂、E-51環(huán)氧樹脂、顏料按比例投入反應釜中,高速攪拌至原料完全溶解無固體顆粒為止。

        1.3 樣件制備

        1)剪切試樣

        將待粘接鋁剪切試片保護膜揭除,用丙酮擦拭表面除去塵土和油污。將A/B組分膠以10∶1比例混合均勻后,均勻涂抹于2片鋁片上,涂抹長度大于12.5 mm,搭接后用長尾夾進行固定,于23 ℃恒溫固化24 h。

        2)本體拉伸試樣

        在標準啞鈴狀模具中注滿混合均勻的膠液,使用刮膠刀將表面刮平后覆蓋PP調(diào)膠板,在上方壓上具有一定面積的重物。灌注及刮平時保證無氣泡混入,在23 ℃恒溫固化24 h。

        1.4 性能測試

        剪切強度:參照GB/T 7124—1986,使用Instron材料拉力機進行測試。

        本體拉伸強度:參照GB/T 7762—2003,使用Instron材料拉力機進行測試。

        1.5 耐水性判定標準

        分別將樣件放置于95 ℃水中浸泡96 h和放置于雙85老化箱中老化14 d后對樣件的剪切強度進行測試,以老化后強度的保持率對耐水性進行判定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 自制SGA的固化放熱曲線

        圖1為自制SGA與國外某品牌SGA的放熱曲線。從圖1可以看出,自制SGA的放熱曲線比較平緩,且放熱峰溫度也相對較低。

        SGA的固化放熱過程與其本身的固化速度密不可分。SGA的固化是氧化還原反應,且由于常見SGA均為快固型通常均使用引發(fā)速度較快的氧化還原體系,導致SGA快速固化,放熱迅速,放熱峰溫度較高。而自制SGA組分中加入了一定量的離子促進劑和經(jīng)過復配的阻聚劑。離子促進劑會加快體系中自由基的釋放速度,膠水固化加快。但阻聚劑的加入?yún)s可延緩體系的固化。經(jīng)過試驗,阻聚劑的復配比例以及使用量對本SGA體系的初固行為有很大的影響。通過合理選擇復配阻聚劑種類、復配比例以及加入量既可保證體系貯存穩(wěn)定還可使固化反應平穩(wěn)、放熱平緩。

        2.2 本體拉伸試驗

        SGA體系中的多官能物質(zhì)及所添加的橡膠、樹脂均對SGA的柔韌性有重要的影響。多官能團物質(zhì)在SGA固化時形成一定的交聯(lián)網(wǎng)絡,改善SGA的柔韌性以及抗沖擊性能。常見的SGA大多使用ABS樹脂和丁腈橡膠的組合,其中ABS主要提供強度,而丁腈橡膠則主要提供韌性。然而丁腈橡膠在體系中的溶解能力有限,同時過度添加丁腈橡膠會導致ABS樹脂溶解能力降低,使SGA剪切強度過低。本文采用丙烯酸酯橡膠和MBS的組合。丙烯酸酯橡膠可以在甲基丙烯酸甲酯中良好地溶解,且不影響其他樹脂的溶解。而MBS樹脂相對ABS樹脂而言既提供強度又提供一定的韌性。表1列出了在不同丙烯酸酯橡膠/MBS添加量下自制SGA的斷裂伸長率和模量。

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