不同固化劑對(duì)筘膠粘劑性能的影響

李　冰，孫思薇

(陜西紡織器材研究所，陜西 咸陽　712000)

0　引言

鋼筘是無梭織機(jī)的核心器材，織造成品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本均受鋼筘質(zhì)量的影響[1]。在無梭織機(jī)用筘制造過程中，需要用膠粘劑將筘片(筘齒)、筘梁及扎絲牢固粘結(jié)在一起，以保證筘的性能及使用過程的穩(wěn)定性。因此，筘膠粘劑需要良好的粘接性、韌性、可操作性等，其品質(zhì)直接影響著筘的各項(xiàng)性能和使用壽命[2]。

筘膠粘劑多為室溫固化環(huán)氧樹脂膠粘劑。環(huán)氧樹脂(EP)具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定的化學(xué)性能、粘接性能和良好的加工性等，是應(yīng)用廣泛的膠粘劑種類之一[3]。環(huán)氧樹脂屬于熱塑性樹脂，必須加入固化劑，在一定條件下聚合反應(yīng)生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固化物后才能使用。因此，固化劑性能直接影響環(huán)氧樹脂膠粘劑的工藝性及固化產(chǎn)物的最終性能[4]。筆者對(duì)幾種常用固化劑進(jìn)行性能研究，以期為高強(qiáng)高韌環(huán)氧樹脂筘膠粘劑的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　材料與儀器

材料：工業(yè)用雙酚A環(huán)氧樹脂E-51，環(huán)氧當(dāng)量為196 g/mol；選用的工業(yè)用固化劑類型、活潑氫當(dāng)量以及粘度性能如表1所示。

表1不同類型固化劑性能比較

固化劑型號(hào)固化劑類型活潑氫當(dāng)量/(g·eq-1)粘度(25 ℃)/(mPa·s)5773改性脂肪胺491091618改性脂環(huán)胺116180D-400低分子聚醚胺11522651低分子聚酰胺986640T-31改性多元胺781170

儀器：NDJ-8s型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；CMT7000型電子式萬能試驗(yàn)機(jī)；CBL-11J型沖擊試驗(yàn)機(jī)；LX-D型邵氏硬度計(jì)。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

按照胺類固化劑中活潑氫與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基摩爾比為0.8∶1、1∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1，稱取一定量的環(huán)氧樹脂和不同類型固化劑，分別制備主劑A膠和固化劑B膠，之后在室溫條件下充分混合，測(cè)定其固化后的膠粘劑性能。

1.3　測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

1.3.1拉伸剪切強(qiáng)度

拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試，應(yīng)按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定(剛性材料對(duì)剛性材料)》的要求制備標(biāo)準(zhǔn)試樣，并在拉伸速率為(5±1) mm/min、粘接面積為25 mm×10 mm條件下進(jìn)行測(cè)試[5]。

1.3.2沖擊強(qiáng)度

沖擊強(qiáng)度應(yīng)按照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》的要求制備標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ型小試樣，在沖擊速度為2.9 m/s條件下進(jìn)行測(cè)試[6]。

1.3.3膠化時(shí)間

稱取0.5 g ～1.0 g膠粘劑試樣放在加熱板上，在溫度為120 ℃條件下測(cè)定其膠化時(shí)間。用攪拌器以小圓圈運(yùn)動(dòng)方式攪拌熔化物料，開始變稠時(shí)，在保持?jǐn)嚢璧耐瑫r(shí)，每隔2 s將攪拌器由熔化物中提高約10 mm并進(jìn)行觀測(cè)。若提高時(shí)形成的拉絲變脆以至斷裂且不能再由熔化物中拉成絲狀時(shí)，則停止計(jì)時(shí)并記錄時(shí)間(精確至1 s)，這個(gè)時(shí)間為該試樣的膠化時(shí)間，亦為固化速度。

1.3.4硬度

測(cè)試硬度應(yīng)按照GB/T 2411—2008《塑料和硬橡膠使用硬度計(jì)測(cè)定壓痕硬度(邵氏硬度)》的要求制備標(biāo)準(zhǔn)試樣，并采用D型邵氏硬度計(jì)壓針，平行測(cè)試6個(gè)點(diǎn)取平均值[7]。

2　測(cè)試結(jié)果分析

2.1　粘接強(qiáng)度

表2為不同固化劑膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比。

表2　不同固化劑膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度單位：MPa

由表2可知，隨著固化劑中活潑氫與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基摩爾比的增大，不同類型固化劑的膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)，這說明膠粘劑的粘接強(qiáng)度與固化劑中活潑氫的含量相關(guān)，在一定范圍內(nèi)粘接強(qiáng)度隨著活潑氫含量的增加而增大，且活潑氫與環(huán)氧樹脂摩爾比大于1.2∶1之后開始趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)楣袒磻?yīng)由氨基和環(huán)氧基在體系中不斷交聯(lián)反應(yīng)，最終形成體型大分子而固化。由于固化劑中的胺類物質(zhì)在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、操作及使用過程中易揮發(fā)，因而需要比理論計(jì)算更多量的固化劑參與反應(yīng)以確保固化反應(yīng)完全；但固化劑含量過多時(shí)，固化反應(yīng)速率增加，固化時(shí)急劇釋放熱量高，內(nèi)應(yīng)力增大，膠粘劑體系粘接強(qiáng)度降低。

在活潑氫和環(huán)氧基相同配比下，固化劑T-31屬于改性多元胺，單位體積內(nèi)氨含量較高，且分子結(jié)構(gòu)中含有長(zhǎng)鏈，與環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)后，膠粘劑體系交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)空隙適中，綜合性能較優(yōu)；固化劑D-400和1618屬于二元胺，且分子鏈較長(zhǎng)，固化后膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度低于使用固化劑T-31的膠粘劑；固化劑5773為改性脂肪胺，分子小，單位體積氨含量較高，固化反應(yīng)速率快，會(huì)出現(xiàn)急劇放熱現(xiàn)象，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使膠粘劑體系粘接強(qiáng)度減?。皇褂霉袒瘎?51的膠粘劑粘接強(qiáng)度最小。

2.2　韌性

表3為不同固化劑膠粘劑的沖擊強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比。

表3　不同固化劑膠粘劑的沖擊強(qiáng)度單位：kJ/m2

由表3可知，隨著固化劑中活潑氫與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基摩爾比增大，固化劑對(duì)膠粘劑韌性的影響也呈先增長(zhǎng)后變低的趨勢(shì)。這表明在一定范圍內(nèi)固化劑的增多，可促使反應(yīng)完全進(jìn)行，但固化劑加入量太多，會(huì)使膠粘劑的韌性下降。

在活潑氫和環(huán)氧基相同配比下，不同類型的固化劑沖擊強(qiáng)度相差較大：使用固化劑D-400、1618和651的膠粘劑，沖擊強(qiáng)度較高，韌性佳，這是因?yàn)榫勖寻?、改性脂環(huán)胺和聚酰胺屬于分子鏈較長(zhǎng)的固化劑，填充在環(huán)氧樹脂體系中時(shí)能和環(huán)氧樹脂形成緊密、疏松相間的兩相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了交聯(lián)網(wǎng)鏈的活力，有利于應(yīng)力分散，使抗沖擊性能提高，體系韌性增加；固化劑T-31屬于改性多元胺，交聯(lián)程度較緊密，膠粘劑韌脆性增加；固化劑5773為改性脂肪胺，分子較小，單位交聯(lián)密度大，固化放熱量大，固化產(chǎn)物脆性較大，不耐沖擊，韌性較差。

2.3　固化速度

表4為120℃時(shí)不同固化劑膠粘劑的固化速度對(duì)比。

表4　120 ℃時(shí)不同固化劑膠粘劑的固化速度單位：s

2.4　硬度

對(duì)不同固化劑環(huán)氧樹脂的體系硬度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表5。

表5　不同固化劑膠粘劑的邵爾D硬度單位：度

對(duì)比發(fā)現(xiàn)固化劑類型和含量對(duì)固化環(huán)氧樹脂體系的硬度影響不明顯，其邵爾D硬度均約為80度。因?yàn)槟z粘劑體系主劑采用的雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51，由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷縮聚反應(yīng)生成，分子量較小、分子鏈短、剛性基團(tuán)數(shù)量較多、基體硬度高，因此環(huán)氧樹脂固化后的硬度由環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)和性能決定，與固化劑無關(guān)。D-400屬于柔性固化劑，當(dāng)活潑氫含量高時(shí)，交聯(lián)密度減小，同時(shí)固化樹脂中的剛性基團(tuán)含量顯著降低，因此，固化樹脂硬度隨著用量的提高而變小；而其他4種固化劑種類及用量對(duì)環(huán)氧樹脂的交聯(lián)密度和剛性影響不明顯，因此硬度基本未變。

3　結(jié)論

3.1隨著固化劑中活潑氫與環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基摩爾比的增大，使用不同類型固化劑膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均表現(xiàn)為先增長(zhǎng)后降低的變化趨勢(shì)，膠化時(shí)間逐步縮短。

3.2使用固化劑T-31的膠粘劑粘接強(qiáng)度最高；固化劑D-400和固化劑1618屬于含有柔性長(zhǎng)鏈的二元胺，使用后膠粘劑韌性及粘接強(qiáng)度均較好；使用固化劑5773的膠粘劑固化反應(yīng)速度快，但韌性較差；固化劑651屬于低分子聚酰胺，使用后膠粘劑韌性適中，拉伸剪切強(qiáng)度較低，固化反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

3.3固化劑含量和結(jié)構(gòu)對(duì)固化環(huán)氧樹脂體系的硬度影響不大，邵爾D硬度均約為80度。

參考文獻(xiàn)：