高性能丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的研制

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(shù)脂、自制離子促進(jìn)劑、復(fù)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(zhǎng)率可達(dá)50%。

關(guān)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(lèi)號(hào)：TQ433.4+36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2014）06-055-03

第2代丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠，簡(jiǎn)稱(chēng)SGA，是20世紀(jì)70年代由美國(guó)杜邦公司率先開(kāi)發(fā)成功的一種新型膠粘劑，并于1975年成功推向市場(chǎng)[1]。其主要優(yōu)點(diǎn)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(dá)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(wú)需嚴(yán)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(dòng)化涂覆。

（3）力學(xué)性能優(yōu)異，常溫24 h內(nèi)剪切強(qiáng)度即可超過(guò)20 MPa（粘接金屬），且膠層柔韌，同時(shí)具有良好的剝離及沖擊強(qiáng)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(jiǎn)單，可油面粘接，并具有較高的強(qiáng)度[2]。

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

但是SGA仍存在一些不足，如：固化放熱較大，會(huì)導(dǎo)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(yīng)用，同時(shí)耐水性和耐熱性也存在不足[4]，制約著SGA的應(yīng)用和發(fā)展。本文通過(guò)單體、樹(shù)脂等的選擇對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)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(shù)脂，硅酸鋁粉末，巰基偶聯(lián)劑，BPO，N，N-二甲基對(duì)甲苯胺，磷酸酯助劑，自制離子促進(jìn)劑，MBS樹(shù)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(yīng)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(fù)配的阻聚劑按比例投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻后加入適量自制離子促進(jìn)劑。而后投入N，N-二甲基對(duì)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(shù)酯、石蠟、硅酸鋁粉末投入反應(yīng)釜中，攪拌均勻至無(wú)顆粒為止。

1.2.2 B組分制備方法

將增塑劑、BPO、MBS樹(shù)脂、E-51環(huán)氧樹(shù)脂、顏料按比例投入反應(yīng)釜中，高速攪拌至原料完全溶解無(wú)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(hù)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(zhǎng)度大于12.5 mm，搭接后用長(zhǎng)尾夾進(jìn)行固定，于23 ℃恒溫固化24 h。

2）本體拉伸試樣

在標(biāo)準(zhǔn)啞鈴狀模具中注滿(mǎn)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(shí)保證無(wú)氣泡混入，在23 ℃恒溫固化24 h。

1.4 性能測(cè)試

剪切強(qiáng)度：參照GB/T 7124—1986，使用Instron材料拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

本體拉伸強(qiáng)度：參照GB/T 7762—2003，使用Instron材料拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

1.5 耐水性判定標(biāo)準(zhǔn)

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(duì)樣件的剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，以老化后強(qiáng)度的保持率對(duì)耐水性進(jìn)行判定。

2 結(jié)果與討論

2.1 自制SGA的固化放熱曲線(xiàn)

圖1為自制SGA與國(guó)外某品牌SGA的放熱曲線(xiàn)。從圖1可以看出，自制SGA的放熱曲線(xiàn)比較平緩，且放熱峰溫度也相對(duì)較低。

SGA的固化放熱過(guò)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(yīng)，且由于常見(jiàn)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(dǎo)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(jìn)劑和經(jīng)過(guò)復(fù)配的阻聚劑。離子促進(jìn)劑會(huì)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(guò)試驗(yàn)，阻聚劑的復(fù)配比例以及使用量對(duì)本SGA體系的初固行為有很大的影響。通過(guò)合理選擇復(fù)配阻聚劑種類(lèi)、復(fù)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(yīng)平穩(wěn)、放熱平緩。

2.2 本體拉伸試驗(yàn)

SGA體系中的多官能物質(zhì)及所添加的橡膠、樹(shù)脂均對(duì)SGA的柔韌性有重要的影響。多官能團(tuán)物質(zhì)在SGA固化時(shí)形成一定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，改善SGA的柔韌性以及抗沖擊性能。常見(jiàn)的SGA大多使用ABS樹(shù)脂和丁腈橡膠的組合，其中ABS主要提供強(qiáng)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(shí)過(guò)度添加丁腈橡膠會(huì)導(dǎo)致ABS樹(shù)脂溶解能力降低，使SGA剪切強(qiáng)度過(guò)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(shù)脂的溶解。而MBS樹(shù)脂相對(duì)ABS樹(shù)脂而言既提供強(qiáng)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(zhǎng)率和模量。