环氧树脂胶黏剂

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环氧树脂胶黏剂是以环氧树脂为基料的胶黏剂的统称,其组成除了环氧树脂主体外,还有固化剂、增韧剂和填料等。由于其粘接强度高、收缩性低、工艺性能良好、使用温度范围广、耐介质性能和电绝缘性好、蠕变小等优点,目前在机械工业、电子、电器工业、光学工业、建筑工业、航天航空、造船、汽车、铁路机车以及民用方面都得到了广泛应用,素有“万能胶”之称。

分类

环氧树脂胶黏剂的品种很多,其分类的方法和分类的指标尚未统一。按胶黏剂的形态可分为无溶剂型胶黏剂、有机溶剂型胶黏剂、水性胶黏剂(又可分为水乳型和水溶型两种)、膏状胶黏剂、薄膜状胶黏剂(环氧胶膜)等;按固化条件可分为冷固化胶、热固化胶及光固化胶、潮湿面及水中固化胶、潜伏型固化环氧胶等;按粘接强度可分为结构胶、次受力结构胶和非结构胶;按用途可分为通用型胶黏剂和特种胶黏剂;按固化剂的类型可分为胺固化环氧胶、酸酐固化环氧胶等;还可按组分或组成来分类,如双组分胶和单组分胶,纯环氧胶和改性环氧胶(如环氧-尼龙胶、环氧-聚硫橡胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚氨酯胶、环氧-酚醛胶、有机硅-环氧胶、丙烯酸-环氧胶)等。

组成

环氧树脂胶黏剂主要由环氧树脂和固化剂两大部分组成,为改善某些性能,还加入稀释剂、促进剂、偶联剂、填料等。为此选择合适的配方,对形成高性能的环氧树脂胶黏剂非常必要。

首先,环氧树脂作为胶黏剂的主要成分,最好选用中等环氧值(0.25~0.45)的树脂,主要是因为环氧值过高的树脂强度较大,但较脆;环氧值中等的高、低温时强度均好;环氧值低的则高温时强度差些。如果胶黏剂不需耐高温,对强度要求不大,同时希望环氧树脂能快干,不易流失,则可选择环氧值较低的树脂;如果要求强度较好的,则可选用环氧值较高的树脂。

其次,环氧树脂本身是热塑性线型结构的化合物,不能直接做胶黏剂使用,必须加入固化剂并在一定条件下进行固化交联反应,生成不溶(熔)体型网状结构,才有实际应用价值。因此,固化剂是环氧树脂胶黏剂必不可少的组分。而环氧树脂胶黏剂的固化过程有如下特点:酸性或碱性固化剂作用下均能固化;有的可在低温或常温初步完成,有的只能在高温下进行;固化过程伴随着放热,而放热又可以促进固化;固化过程不放出水或其他小分子化合物,可不加压固化。

配方

常用的环氧树脂胶粘剂一般有以下几个用途:1、植筋;2、粘钢;3、粘碳纤维材料;4、灌浆

植筋用的环氧树脂胶粘剂配比为3:1即3份环氧树脂配1份固化剂。

粘钢用的环氧树脂胶粘剂配比为3:1即3份环氧树脂配1份固化剂。

粘碳纤维材料用的环氧树脂胶粘剂配比为3:1即3份环氧树脂配1份固化剂。

灌注裂缝用的环氧树脂胶粘剂配比为4:1即4份环氧树脂配1份固化剂

包钢板用的环氧树脂胶粘剂配比为2;1即2份环氧树脂配1份固化剂

优点

1、高粘接性,高强度和高刚性(可以粘接多种材质,金属粘接金属,金属粘接塑料);

2、耐化学介质稳定性好;

3、电绝缘性优良(环氧树脂灌封胶);

4、良好的耐温能力(双组份环氧不适合粘接长期耐温120℃以上的产品);

5、低收缩率;

6、吸水率低 ,固化时对水汽不敏感 。

缺点

1、固化物性脆,伸长率小;

2、固化放热,产生热量;

3、应力大;

3、耐机械冲击和热冲击差;

4、低温固化性差;

5、耐候性差,易失去光泽(环氧树脂胶水会产生黄变)。

性能

(1)外观与色泽

环氧树脂会随着相对分子质量的变化而改变其外观状态,从低黏液体变为半固态直至固体。环氧树脂一般是透明的,但会因制造工艺的不同而呈无色或淡黄色。

(2)环氧当量与环氧值

环氧当量(EEW)表示每一个环氧基团相当的环氧树脂的质量,或者说是含1mol环氧基的环氧树脂的质量(g),即环氧值表示100g环氧树脂中含有环氧基的物质的量(mol)。

环氧值愈大,相对分子质量愈小,黏度愈低。环氧值(或环氧当量)是环氧树脂的重要质量指标,它决定着固化剂用量的多少和固化产物的性能。

环氧基质量分数(环氧基含量)是指每100g环氧树脂中含有环氧基的质量(g),单位为%。环氧基的相对分子质量为43。

环氧基质量分数=环氧基相对分子质量×环氧值

环氧当量、环氧值和环氧基质量分数三者之间的关系为:

环氧当量=100/环氧值=43/环氧基质量分数

(3)羟值与羟基当量

羟值是决定固化剂用量的一个重要指标。羟值表示100g环氧树脂中所含羟基的摩尔数,羟基当量则表示含有1mol羟基的环氧树脂的质量。它们之间的关系为:羟值=100/羟基当量。羟基是一个极性基团,也是环氧树脂的主要反应基团,尤其是酸酐作为固化剂,且高分子量、超高分子量环氧树脂的环氧基含量很低时,这些树脂的固化交联反应主要是靠羟基。如双酚A型环氧树脂的分子量越高,其羟基当量越大。

(4)氯含量

表示100g环氧树脂中含有氯的摩尔数,国外常用质量分数(%)表示。氯在环氧树脂中以无机氯和有机氯的形式存在,其中有机氯又分为可水解氯(活性氯、易皂解氯)和不可水解氯(非活性氯)。氯含量影响环氧树脂固化物的介电性能和耐水性,无机氯的影响更为显著。

(5)黏度

环氧树脂的黏度是与使用工艺有关的一项重要指标,黏度的大小随温度不同而改变。液态双酚A环氧树脂的黏度和固态双酚A环氧树脂的溶液黏度都随平均相对分子质量的增加而增大,且随相对分子质量分布的减小而降低。

(6)软化点

固体环氧树脂变软或发黏的温度称为软化点,一般随环氧树脂的相对分子质量的增加而升高。因环氧树脂是聚合度不同的低聚物,故没有明确的熔点,只有熔融的温度范围,因而称为软化点。

(7)挥发分

环氧树脂制造过程所用溶剂、水分的残留或少量小分子环氧化物的生成,都会使树脂有一定量的挥发分,对胶黏剂性能十分不利,会造成粘接制品起泡或气孔等弊端。挥发分常用质量百分数表示。

(8)平均相对分子质量及其分布

由于环氧树脂是不同聚合度的同系分子的混合物,分子量因聚合物中重复链节数的不同而不均一。随着分子量由低到高的变化,环氧树脂的形态从液态、黏稠态到固态,色泽多为淡黄色。环氧树脂平均相对分子质量大小和分布的宽窄,都对环氧树脂固化产物的机械强度、耐热性能有很大的影响。例如相对分子质量低的环氧树脂能溶于脂肪族和芳香族溶剂,而相对分子质量高的环氧树脂只能溶于酮类和酯类等强溶剂。又如平均相对分子质量相同而相对分子质量分布较窄的环氧树脂,其软化点高,反之亦然。

应用

环氧胶黏剂剂不仅具有优异的粘接性能,而且其他方面的性能也较均衡,能与多种材料粘接和复合,通过配方设计几乎可以满足各种加工性能和工艺性能的要求,因此从日常生活到尖端技术等各领域都得到了广泛的应用,已成为飞机、导弹、火箭、卫星、飞船、汽车、舰艇、机械、电子、土木建筑等领域不可缺少的材料。

环氧树脂胶黏剂在机械设备维修方面有着较多的应用。如在修复精密机械零件、模具、工夹具、机床导轨与溜板、导柱与导套、轴与瓦等的磨损方面具有极大的优势。过去的修复办法是采用堆焊、电镀和金属喷镀,但因热变形、设备、工艺等的因素的影响而受到限制,现在使用以环氧树脂和无机填料为主体的双组分胶黏剂已经逐步代替了电焊、电镀、镶套工艺来恢复这些零件原来的几何形状和尺寸规格,具有工艺简单、成本低、工期短的优点。在飞机维修上采用环氧胶黏剂更是方便快捷,例如蜂窝夹层结构的修复就可以用环氧胶注入、填充、粘贴,固化后牢固可靠,性能依旧。又如整体油箱出现裂纹渗漏,最为有效、简便的方法是粘接修理,可选用快固高强环氧胶黏剂进行粘接。目前使用的环氧树脂点焊胶黏剂,具有连接强度高、密封性好、应力分布均匀、耐疲劳性好、结构质量轻、可以进行阳极氧化、生产效率高等特点,已在航空工业上广泛应用。

由于环氧树脂具有油面粘接性能高、单组分化、能在40℃下长时间保存(半年左右)、150℃左右能与电泳底漆同步固化、完全固化前能经受磷化处理、不渗流、不污染电泳漆等特点,在各类交通工具(如飞机、船舶、汽车等)的制造与装配中得到了广泛的应用,在轿车生产中这种技术特征尤为明显:采用粘接技术,用胶黏剂来代替以前的铆接、焊接扣螺栓连接,以环氧树脂胶黏剂作为主要结构胶的用量占整个汽车用胶黏剂总量的25%左右。这样既能减少接头的应力集中,又提高了运行安全性,降低了制造成本。

环氧树脂胶黏剂在电器工业中的应用主要有:电机槽楔钢棒间的绝缘固定,变压器中硅钢片之间的粘接,电子加速器的铁芯及长距离输送的三相电流的位相器的粘接等。环氧导电胶和环氧导热胶在电子工业中的应用颇具特色。环氧树脂导电胶是一种具有一定导电性的胶黏剂,它固化或干燥后可以将多种导电材料连接起来。电子元器件的连接以往采用焊接的方法,但焊接会引起零件变形、损伤、接头易氧化等问题,而用环氧树脂导电胶这些问题就可以迎刃而解。环氧树脂导电胶具有很好的粘接强度,根据选用的固化剂不同可以配制成单组分或多组分,可配成室温固化型、中温固化型或高温固化型,可配成无溶剂型或有溶剂型。环氧导电胶的优异性能和多样性,使它成为导电胶中应用最广的品种。

此外,环氧树脂胶黏剂在建筑材料、土木工程、建筑施工、装修装饰、结构加固、密封防水、桥梁修复等方面都起着重要的作用。土木建筑用环氧树脂胶黏剂顺应了现代土木建筑发展的总趋势,胶种向着低毒、能在特殊条件下(如潮湿面、水下、油面、低温)固化、室温固化高温使用、高强度、高弹性等方向发展。应用面从单一的新老水泥的粘接、建筑裂缝的修补发展到基础结构、地面、装潢、电气、给排水等施工工程中。高强轻质预制件在混凝土与聚醋酸乙烯乳液混合浆料中加入发泡聚苯乙烯小颗粒,再加入环氧树脂乳液和固化剂,经固化后即得低密度高强轻质预制件。又如高档石材复合板以高档石材作为面料装饰建筑典雅美观,但资源有限,加之太重,存在潜在危险。现采用在两薄钢(铝)板之间先粘贴金属蜂窝材,再于外侧的金属板上粘一层很薄的高档石材面,所有的粘接都是采用改性环氧树脂胶黏剂。

使用方法

环氧树脂胶黏剂因其卓越的性能而在建筑行业中广泛应用。要正确使用需要遵循以下步骤:

首先,使用干绵布或砂纸擦拭连接面的灰尘、油污和铁锈等杂质,然后使用丙酮或三氯乙烯等清洗剂擦拭表面,以确保连接表面清洁。

接下来,按照说明书中的配比取适量的 A、B 剂,混合并充分搅拌均匀,即可用于连接表面。为了获得最佳效果,还可以使用真空混合技术。

环氧树脂胶的使用寿命取决于可操作时间,因此应在规定的时间内使用。如果不及时使用,环氧树脂胶可能会固化,导致浪费材料。

在涂上环氧树脂胶后,常温下需要 2-6 小时才能固化。在 40℃的温度下,固化时间可以缩短至 1-3 小时。如果在涂胶后 10 天内使用,粘力将更加优异。,环氧树脂胶在不同温度下的固化时间可能会有所不同,具体取决于其性能。在阴冷潮湿的天气中,需要加热至 15-25℃才能在室内使用。