环氧树脂氨基硅油胶粘剂的制备及其性能分析

1、环氧树脂/氨基硅油胶粘剂的制备及其性能分析郡艳芬，童晓梅2(1.武汉生物工程学院应用化学系，湖北武汉;2.陕西科技大学化学与化工学院，陕西成阳)摘要:用环氧树脂D44和自制氮基硅油溶液聚合成改性环氧树脂，分析了环氧树脂与氛基硅油的配比、氛基硅油的氮值和特性粘度对改性环氧树脂的影响，并研究了固化剂4，4-二氛基二笨甲坑(MDA)的固化条件对胶粘剂力学性能和粘接性能的影响。结果表明，氮基硅油用1为20%时所制备的改性环氧树脂的韧性最好;采用氨值为2.3mmo!g一，特性粘度为1.18mLg一的氮基硅油改性环氧树脂性能最好;制备胶粘剂时，以先在25C固化3h，后在120固化Zh为最佳工艺。关健词:环

2、氧树脂;氛基硅油;力学性能;粘接性能中图分类号二TQ433文献标识码:A0弓l言20世纪80年代以来，许多学者对环氧树脂的改性做了大量卓有成效的研究工作，出于对新型材料的需要，国内外对环氧树脂系列新产品的开发和应用十分重视。双酚A型环氧树脂的链段中包含有粘接性、耐腐蚀性、耐热性及刚性等基团，该链段能够与胺基、醋基等有机基团发生化学反应，使环氧基不断地开环并与其他的化学物质形成交联结构。双酚A型环氧树脂因其具有高粘接性、固化收缩率小、耐化学介质稳定性好、电绝缘性优良、工艺性能良好等优点而被广泛用于涂料、复合材料2.3、高性能胶粘剂川、电绝缘材料圈、土木建筑困等领域，在热固性树脂中处于主导地位。但

3、是由于它操作粘度大，不方便施工;固化物脆性较大、伸长率小;剥离强度低;耐机械冲击和热冲击差而难以满足日益发展的工程技术的要求，限制了环氧树脂的广泛应用。随着现代化工业的高速发展，工业上对材料的性能提出了越来越高的要求，低成本实现材料的高性能化是材料科研和应用的前沿课题。实现环氧树脂的高性能化一般有两条途径v:开发新型环氧树脂;采用共聚(共混)法对现有环氧树脂进行改性。前者研究周期较长，需要耗费大t的人力和物力资源，因而环氧树脂的共聚(共混)改性一直是实现该树脂高性能化的主要手段.硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，还具有低的枯温系数和较高的抗压缩性;氨基硅

4、油含有的极性基团胺墓与环氧树脂的环氧基反应，足以改善二者的相容性;在环氧树脂上引人耐高温的一Si一O一链，提高了环权树脂的耐热性，改善了环氧树脂的脆性。1材料与方法1.1实验原料、仪器及设备氨基硅油(自制);环氧树脂E一44(工业级，岳阳石化总厂环氧树脂厂);二甲苯(分析纯，北京科达化工厂);4，4-二氨基二苯甲烷(MDA)(化学纯，北京科达化工厂)。电热真空干燥箱(ZK30AB)，北京中兴伟业仪器公司;超声波发生器(CSFIA)，上海超声波仪器厂;电热鼓风干燥箱(101一ZABS)，北京光明医疗仪器厂;电子拉力试验机，东莞市科建检测仪器有限公司;剥离力试验机(xIJL-250)，广州材料试验

5、机厂。三口烧瓶，油浴控温装置，磁力搅拌装置，冷凝装置等。1.2环权树脂/橄甚硅油胶粘剂的制备将氨基硅油与环氧树脂按一定比例混合、搅拌，在一定温度下反应，出料后用MDA固化、注模。氨基硅油与环氧树脂的基本反应方程式见图1。1.3胶枯剂相关物理性能的测试拉伸剪切强度:参照GB7124一86，用万能拉力试验机测试拉伸剪切强度8。粘接剥离强度:采用拉力试验机进行试验，测试金属对金属1800的剥离强度可用国标GB2790一1995，而T型剥离则用GB2791一1995测试，。力学性能测试:参照GB1040一1992，用XLL一250型拉力试验机测定拉伸强度和断裂伸长率“。抗压强度测试:胶层的抗压强度试验

6、是在试样上施加压力至胶层破裂，用单位面积所承受的载荷来表示。2结果与分析2.1擞鑫硅油含.对改性环权树脂的影晌氨基硅油(氨值为2.3mmolg一，特性粘度为0.86mLg一)与环氧树脂D44按不同的质量比投料，反应温度为100，反应时间为2.sh。氨基硅油含量对改性环氧树脂力学性能的影响见表l。从表1中可以看出，氨基硅油质量分数为5%时，改性环氧树脂的力学性能变化不大，这可能是因为进人到环氧树脂分子中的有机硅分子量少，不足以对环氧树脂的性能产生大的影响，随着氨基硅油含量的增加，改性环氧树脂的韧性有明显改善。当氨基硅油质量分数达到20%时，拉伸强度与抗压强度有一定程度的下降，然而断裂伸长率可达到

7、86.55%，比纯环氧树脂提高了384.87%。当有机硅质量分数为30%时，断裂伸长率没有增加反而下降，这可能是由于氨基硅油本身与环氧树脂的相容性差，没有反应的氨基硅油自动聚集成颗粒，与环氧树脂基体产生明显的界面，当颗粒尺寸达到一定程度时，就影响了改性环氧树脂的各项性能。这与Yorkgitis等，1的研究结果一致。2.2橄基硅油的氮值对胶粘荆的影晌用特性粘度为0.86mLg一，不同氨值的氨基硅油改性环氧树脂E一44胶粘剂进行检测。氨基硅油与环氧树脂E一44的质量比为20，80;固化剂为MDA;固化温度120，固化sh;反应温度100，反应时间2.sh。测试结果如下。2.2.1力学性能的浏试氨基

8、硅油的氨值对力学性能的影响见表2。由表2可以看出，随着氨基硅油氨值的提高，断裂伸长率得到很大的增加。这是因为氨基硅油与环氧树脂共聚是利用氨基硅油上的活性端基氨基与环氧树脂中的环氧基、经基进行反应，生成嵌段高聚物，从而解决相容性问题，并在固化结构中引人稳定、柔性的一Si一O一链，提高了环氧树脂的断裂韧性。氨基硅油的氨值越大，越有利于氨基硅油与环氧树脂的共聚，也就是说引入的柔性的一Si一O一链越多，氨基硅油氨值越大，改性环氧树脂的力学性能越好。2.2.2拈接性能的浏试在25，C下粘接铁片(100mm只25mm2mm)，测试粘接性能。固定氨基硅油的特性粘度0.86mLg一，改变氨基硅油的氨值，氨值对

9、胶粘从图2可以看出，随着氨值的增加，改性环氧树脂的粘接性能提高。这是因为氨基硅油氨值越大，氨基硅油与环氧树脂的相容性越好，越有利于环氧树脂与氨基硅油的反应。氨基硅油适度分散在环氧基体中，有效地抑制了氨基硅油的表面富集倾向。因此，氨基硅油的氨值越高，改性环氧树脂的粘接性能越好。2.3氮基硅油的特性粘度对胶粘剂的影响固定氨基硅油的氨值为2.3mmolg一，用不同特性粘度的氨基硅油改性环氧树脂E一44进行检测。氨基硅油与环氧树脂的质量比为20:80;固化剂为MDA，固化温度120，固化3h;反应温度100，反应时间2.sh。测试结果如下。2.3.1力学性能的测试用XIJIJ一250型拉力试验机测定拉

10、伸强度和断裂伸长率，结果见表3。从表3可以看出，氨基硅油特性粘度越大，改性环氧树脂的断裂伸长率越低。这是因为环氧树脂的分子量比较小，容易和分子量小的物质反应。所以特性粘度小的氨基硅油更易与环氧树脂反应，山引人的柔性一Si一O一链，能提高环氧树脂的断裂韧性。因此，经特性粘度小的氨基硅油改性的环氧树脂断裂伸长率大。参考： 2.3.2粘接性能的测试在25下粘接铁片(100mmX25mmXZmm)，测试粘接性能。固定氨基硅油的氨值为2.3mmolg一，环氧树脂E一44，固化剂MDA，改变氨基硅油的特性粘度。氨基硅油的特性粘度对胶粘剂粘接性能的影响见图3。由图3可以

11、看出，胶粘剂的拉伸剪切强度先增加后减小，特性粘度为1.18n止g一时，胶枯剂的拉伸剪切强度最大，说明氨基硅油的分子里直接影响氮基硅油与环氧树脂的缩聚反应。分子量太大，缩聚反应困难，氨基硅油易于富集在环氧树脂的表面，从而影响胶粘剂的粘接性能;分子量太小，胶粘剂的拉伸剪切强度降低，这可能是由于氨基硅油本身与环氧树脂的相容性差，分子量小的氨基硅油易于聚集在一起，自动聚集成颗粒，与环氧树脂基体产生明显的界面，影响了改性环氧树脂的各项性能。由表3和图3得出:特性粘度为1.18mIJg一时，综合性能最好。2.4固化条件对胶粘剂性能的影晌固定氨基硅油(氨值为2.3mmol09一，特性粘度为0.86mLg一)，固化剂MDA，环氧树脂E一44，粘接铁片，于25，分别测试枯接性能。固化条件对胶粘剂粘接性能的影响见表4。从表4可看出先在25下预固化3h，然后在120下固化Zh，胶枯剂拉伸剪切强度和剥离强度都最大。固化温度过低导致胶层交联密度过低，使固化反应不完全。升温有利于胶粘剂与胶接件之间的分子进一步扩散、渗透、缠结，使化学反应更加完全，升温同时也提高了固化程度和交联程度，减少蠕变，这些都能使粘接强度