粟再祥等

摘要：綜采用納米橡膠為主要增韌材料，以多官能環(huán)氧樹(shù)脂為主粘料，配合改性脂環(huán)胺固化劑及多種耐高溫輔助材料，制備了一種常溫固化耐高溫雙組分環(huán)氧膠粘劑。室溫固化后，常溫拉剪強(qiáng)度大于20 MPa，150 ℃拉剪強(qiáng)度大于5 MPa，180 ℃拉剪強(qiáng)度大于2.5 MPa。適用于室溫到160 ℃的多種場(chǎng)合，可以滿足多種特殊工況下的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：納米橡膠；常溫固化；環(huán)氧樹(shù)脂；耐高溫膠

1 前言

在高性能膠粘劑領(lǐng)域，有一類可常溫固化、又能在高溫使用的膠粘劑，使用方便，工藝性能良好，無(wú)須復(fù)雜的加溫設(shè)施，具有先進(jìn)的技術(shù)性能和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。調(diào)查顯示，目前市面上出現(xiàn)的耐高溫膠粘劑有如下特點(diǎn)：1）、品種少，適用面窄；2）、大多需要加熱固化，操作不方便；3）、甲乙組分配比懸殊，不易調(diào)膠；4）、絕大部分為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。

本文以低黏度多官能度環(huán)氧樹(shù)脂為基礎(chǔ)研發(fā)了具有良好耐高溫性能的系列室溫固化環(huán)氧膠粘劑。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料及設(shè)備

納米橡膠改性環(huán)氧樹(shù)脂，株洲華西同心科技有限責(zé)任公司；多官能環(huán)氧，市購(gòu)；促進(jìn)劑，自制；偶聯(lián)劑、耐溫填料，市購(gòu)。

WDW-10電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南天辰試驗(yàn)機(jī)有限公司；程序控溫裝置，自制。

2.2 參考配方

原料 質(zhì)量份

納米橡膠改性環(huán)氧 100～150

多官能環(huán)氧 25～50

改性胺固化劑 40～60

促進(jìn)劑 1～3

偶聯(lián)劑 1～5

增韌劑 5～15

填料 50～150

2.3 制備工藝

按配方將各原料準(zhǔn)確稱量后，經(jīng)混合、研磨均勻即可。

3 結(jié)果與討論

3.1 設(shè)計(jì)思路

主體材料的選擇十分重要。多官能度環(huán)氧樹(shù)脂固化產(chǎn)物交聯(lián)密度大，耐熱性好，高溫粘接強(qiáng)度高，不足之處是脆性大、沖擊強(qiáng)度低、不耐疲勞。

用全硫化納米級(jí)丁腈橡膠改性環(huán)氧樹(shù)脂，利用納米橡膠粒子的“彈性核殼”結(jié)構(gòu)既大幅增加韌性、增強(qiáng)粘接力，又不降低原體系耐熱性的特點(diǎn)。使得膠粘劑在常溫下有較高的粘接強(qiáng)度，高溫下有足夠的粘接強(qiáng)度，反復(fù)使用后，能維持原有的性能?！皬椥院藲ぁ蓖ㄟ^(guò)自身的變形和恢復(fù)來(lái)應(yīng)對(duì)使用過(guò)程中應(yīng)力的起落，緩沖此過(guò)程中的能量變化。它與偶聯(lián)劑配合，將無(wú)機(jī)填料與樹(shù)脂緊密結(jié)合在一起，應(yīng)力變動(dòng)產(chǎn)生的能量由橡膠粒子吸收、貯存、釋放。這一過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行，可有效地適應(yīng)粘接部件在使用過(guò)程中的應(yīng)力變動(dòng)，維持良好的粘接效果，這是其他有機(jī)或無(wú)機(jī)增韌劑所沒(méi)有的獨(dú)特增韌機(jī)理。

配方體系中選用了能室溫固化耐高溫的固化劑。這種經(jīng)復(fù)雜工藝制備的高活性多元脂環(huán)胺能在室溫下使多官能環(huán)氧樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)高度交聯(lián)，形成穩(wěn)定性好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其活性高，可以使樹(shù)脂在室溫下固化，而活性低的固化劑則需要加溫才能使樹(shù)脂固化。固化劑含有多個(gè)芳香環(huán)，熱穩(wěn)定性好，還耐腐蝕。它與多官能環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)合，搭建了耐溫結(jié)構(gòu)的基本框架，因而具有高交聯(lián)密度、高剛性、高耐熱性、高穩(wěn)定性；缺點(diǎn)是性脆，必須增韌。

配方體系中選用了耐高溫填料，填料本身是高熔點(diǎn)物質(zhì)，而且在溫度變化的情況下線脹系數(shù)或體積線脹系數(shù)與樹(shù)脂基體的線脹系數(shù)相當(dāng)，可減少膠體內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，有效阻止膠層與被粘材料的界面作用力在高溫時(shí)下降過(guò)多。另外，選擇耐高溫填料時(shí)還應(yīng)考慮產(chǎn)品形態(tài)及表面特性，因?yàn)檫@些因素會(huì)影響到膠層內(nèi)部應(yīng)力的傳遞，最終影響到膠粘劑的粘接效果和使用壽命。

配方體系中還加有高溫輔助增韌劑、偶聯(lián)劑、促進(jìn)劑、觸變劑等。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)參考配方作多次反復(fù)測(cè)試和調(diào)整后，得到了比較滿意的方案，具體操作是：按配方順序依次加入原料，每加一種攪拌均勻后再加下一種，至全部原料攪拌均勻，雙組分分別經(jīng)三輥研磨機(jī)研磨。制備完畢后按規(guī)定配比配膠，調(diào)配均勻后，按標(biāo)準(zhǔn)方法粘接試片，于室溫晾置，共15個(gè)試樣。固化條件為：室溫72 h。按GB/T 7124進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

4 應(yīng)用領(lǐng)域與案例

由納米橡膠改性環(huán)氧樹(shù)脂配合特殊脂環(huán)胺固化劑的耐高溫膠粘劑，可以廣泛使用于多種耐溫粘接的場(chǎng)合，如：鼓風(fēng)機(jī)葉片、耐高溫電器、傳感器、耐高溫復(fù)合材料、磨具澆鑄料、高溫構(gòu)筑物修補(bǔ)、加熱爐體粘接、特殊路橋結(jié)構(gòu)粘接等。

4.1 冶煉廠鼓風(fēng)機(jī)葉片粘貼陶瓷保護(hù)層

某冶煉廠大型鼓風(fēng)機(jī)需要鼓入高速熱空氣，氣流中常伴有硬度高、溫度高的礦渣顆粒，為防止鼓風(fēng)機(jī)葉片損壞，需要在風(fēng)機(jī)金屬葉片上粘貼陶瓷片。工作環(huán)境為常溫至170 ℃，有一定沖擊震動(dòng)。經(jīng)實(shí)地考察和初步試驗(yàn)后，決定選用納米材料改性耐高溫環(huán)氧膠進(jìn)行粘接。粘接方案如下：

1）陶瓷片背面打磨及表面清潔處理；

2）金屬板表面打磨及表面磷化處理；

3）調(diào)配膠粘劑：準(zhǔn)確取適量A、B組分，快速手工混合，至表觀顏色均一即可；

4）涂膠：將混合后的膠液涂到被粘面上，注意控制膠層厚度為0.05～0.1 mm；

5）貼合：將被粘面分別涂好膠后，相對(duì)貼緊，再來(lái)回錯(cuò)動(dòng)幾次，排除氣泡，使膠層分布均勻；

6）夾持固定：用夾具將被粘陶瓷片的鋼基板固定，0.5 h左右可初步凝膠；

7）室溫固化；

8）粘接性能檢測(cè)：用專門(mén)的測(cè)試方法測(cè)試固化后的粘接效果；

9）投入使用。

經(jīng)過(guò)數(shù)月使用，陶瓷片無(wú)脫落，外觀表現(xiàn)完好。

4.2 火電廠燃燒室外壁粘鋼補(bǔ)強(qiáng)

某火力發(fā)電廠煤燃燒室外壁產(chǎn)生裂縫，需加固補(bǔ)強(qiáng)。經(jīng)研究，決定選用粘貼鋼板加固。通用建筑結(jié)構(gòu)膠不能耐受150～200 ℃的高溫，為此，采用了納米材料改性耐高溫膠粘劑。施工方案如下：

1）燃燒室外壁耐火材料打磨及表面清潔處理；

2）金屬板表面打磨及表面磷化處理；

3）調(diào)配膠粘劑：準(zhǔn)確取適量A、B組分，快速手工混合，至表觀顏色均一即可；

4）施膠：將混合后的膠液涂到被粘面上，注意控制膠層厚度在0.05～0.1 mm；

5）粘合：將被粘2面分別涂好膠后，相對(duì)壓緊，來(lái)回錯(cuò)動(dòng)幾次，以排除氣泡，使膠分布勻稱；

6）固化；

7）粘接性能檢測(cè)：固化后的粘接效果經(jīng)專門(mén)的測(cè)試方法檢測(cè)；

8）投入使用。

使用時(shí)間已有1年，未出現(xiàn)脫落、開(kāi)裂等不良狀況。

5 結(jié)論

常溫固化耐高溫環(huán)氧膠粘劑，室溫固化72 h后，常溫拉剪強(qiáng)度大于20 MPa，150 ℃拉剪強(qiáng)度大于5 MPa，180 ℃拉剪強(qiáng)度大于2.5 MPa，適用于室溫到160 ℃的多種場(chǎng)合。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，證明這種室溫固化耐高溫膠能夠滿足環(huán)境溫度150 ℃左右的粘接。

參考文獻(xiàn)

[1]王德中.環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]賀曼羅.環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑[M].北京：中國(guó)石化出版社，2004.

[3]趙福君，等.高性能膠粘劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.