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【干貨分享】環(huán)氧膠黏劑一撞就碎?如何掌握環(huán)氧膠黏劑增韌改性的方法?
環(huán)氧膠黏劑是最常見膠黏劑之一,由于具有與其他膠黏劑不同的優(yōu)良特點,所以被廣泛用于汽車、建筑、家電、輕工、電子等多個行業(yè)領(lǐng)域。但是,環(huán)氧樹脂膠黏劑也因其韌性弱、脆性大的缺點限制了其在某些重點科技領(lǐng)域的應(yīng)用。
本文主要通過介紹近年來各種改性環(huán)氧樹脂膠黏劑增韌性的方法研究及其改性原理,為環(huán)氧樹脂膠黏劑的增韌改性提供全面、系統(tǒng)的理論方法。
【1】橡膠增韌環(huán)氧樹脂
目前,橡膠彈性體增韌環(huán)氧樹脂最主要的方法有丁睛橡膠增韌環(huán)氧樹脂和聚氨酯彈性體增韌環(huán)氧樹脂。
丁睛橡膠包括固體丁睛橡膠、液體丁睛橡膠,其中液體丁睛橡膠中端羧基丁睛橡膠( CTBN)增韌環(huán)氧樹脂是研究最多和最全面的。CTBN增韌環(huán)氧樹脂的必備條件:一是在加入固化劑前,CTBN可以溶解在環(huán)氧樹脂中,加入固化劑后,CTBN可以和環(huán)氧樹脂發(fā)生良好的化學(xué)鍵合并能均勻的分散在固化體系中;二是CTBN分子鏈兩端的羧基能與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng),形成嵌段或接枝共聚物。將CTBN改性后的環(huán)氧樹脂進行多種測量分析后得出:改性后的環(huán)氧樹脂形成了以環(huán)氧樹脂為連續(xù)相和以CTBN為分散相得增韌體系。兩者通過化學(xué)反應(yīng)形成的活性基團緊密連接,當(dāng)有外力作用時,CTBN粒子一方面可以吸收外界應(yīng)力,另一方面也可以分散外界應(yīng)力,同時環(huán)氧樹脂的沖擊斷面明顯呈現(xiàn)出塑性變形。這說明CTBN橡膠粒子可以延緩環(huán)氧樹脂裂紋的進一步開裂,有助于提高環(huán)氧樹脂的韌性和降低其脆性。
聚氨酯是一種由硬段和軟段交替連接的嵌段聚合物。其軟段和硬段決定了樹脂的柔韌性、彈性和力學(xué)性能。聚氨酯通過與環(huán)氧樹脂相互貫穿,形成具有互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)聚合物。在受到外力作用的時候,具有IPN結(jié)構(gòu)的聚合物由于兩種物質(zhì)的相互穿插形成了相互“牽絆”的作用,作用力會從一中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳遞到另一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強了對作用力的分散效果,同時聚氨酯本身彈性好、抗沖擊性高的特點也提高了環(huán)氧樹脂的韌性。然而,橡膠增韌環(huán)氧樹脂時,雖然樹脂的沖擊性能大幅提高,但因橡膠分子中含有雙鍵,其耐熱性、斷裂強度卻明顯降低。
【2】熱塑性樹脂增韌環(huán)氧樹脂
熱塑性樹脂改性環(huán)氧樹脂其研究始于20世紀(jì)80年代。使用較多的聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺醚(PEI)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)等熱塑性工程塑料,這些熱塑性樹脂不僅有較好的韌性,而且模量和耐熱性較高,作為增韌劑加入到環(huán)氧樹脂中使韌性得到提高,而且不影響環(huán)氧固化物的模量和耐熱性。
用熱塑性樹脂增韌改性EP彌補了彈性體改性EP的不足,但增韌效果不是很顯著。
【3】熱致性液晶聚合物增韌環(huán)氧樹脂
熱致液晶聚合物(TLCP)具有高強度、高模量的特點,而且它在加工過程中受剪切力作用時可形成纖維狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生高度自增強作用。因此,用少量的高性能 熱致液晶聚合物改性環(huán)氧樹脂可較大幅度地提高環(huán)氧樹脂的韌性、模量和耐熱性。韌性提高的主要原因,是大分子鏈中含有大量剛性結(jié)晶單元,柔性間隔段 的液晶聚合物在改善環(huán)氧基體延展性的同時,又以顆?;蛭⒗w的形式分散在環(huán)氧基體中提高材料的斷裂性能。
用熱致性樹脂改性環(huán)氧樹脂在增韌的同時,雖然保持了一定的力學(xué)性能,但其合成和原料來源困難、造價昂貴,且熱致性液晶的熱變形溫度很高,難與通用型基體聚合物匹配,造成加工成型困難;
【4】剛性粒子增韌環(huán)氧樹脂
在環(huán)氧樹脂基體中加入剛性粒子后,由于剛性粒子發(fā)生塑性形變時,能有 效抑制基體樹脂裂紋的擴展,并吸收部分能量,從而起到增韌作用。剛性粒子填充聚合物包括兩大類:無機剛性粒子(如CaCq,硅灰石);有機剛性粒子(如聚酞胺,聚碳酸脂)。
【5】核殼聚合物粒子增韌環(huán)氧樹脂
核殼聚合物(CSP)是一類由兩種或者兩種以上單體通過乳液聚合得到的聚合物復(fù)合粒子,粒子的核和殼由不同的聚合物成分構(gòu)成, 核殼結(jié)構(gòu)的橡膠粒子的增韌原理是:橡膠粒子作為應(yīng)力集中體,既可誘發(fā)銀紋和剪切帶吸收能量,又可終止銀紋。橡膠彈性粒子還能與EP界面間脫粘,釋放彈性應(yīng)變能,提高材料的增韌和粘接強度。
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