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如何設計出環氧膠粘劑的最佳配方？
發布日期：2017-09-11
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核心提示：環氧膠粘劑是使用最廣用量最大的一類膠粘劑，約占市場份額70%80%的份額。怎樣設計出環氧膠的最佳配方？要設計出環氧膠粘劑的最佳配方，達到所要求的膠接性能，就必須了解環氧膠粘劑的粘附機理和膠接的破壞機理。關于
環氧膠粘劑是使用最廣用量最大的一類膠粘劑，約占市場份額70%——80%的份額。怎樣設計出環氧膠的最佳配方？
要設計出環氧膠粘劑的最佳配方，達到所要求的膠接性能，就必須了解環氧膠粘劑的粘附機理和膠接的破壞機理。
關于環氧樹脂膠粘劑配方設計的基本原則，應把握好以下三個方面。
一、膠粘劑階性質與膠接性能的關系。
膠粘劑的性能對膠接性能具有決定性的影響，對膠粘劑的配方設計至關重要。接頭中膠層和界面層的性能主要取決于膠粘劑的結構、性能及其固化歷程，當然還與被粘物的表面結構和性質等有關。本節討論的膠粘劑的性質是指固化后的膠層和界面層階性質。影響膠接性能的膠粘劑性能主要有：
(1)、膠粘劑的強度和韌性。前者是膠粘劑抵抗外力的能力，而后者是降低應力集中、抵抗裂紋擴展的能力。提高膠粘劑的強度和韌性有利于提高接頭的膠接強度。
(2)、膠粘劑的模量和斷裂伸長率。二者影響膠接接頭的應力分布。低模量和高斷裂伸長率的膠粘劑會大大提高“線受力”時的膠接強度。但是模量太低、斷裂伸長率太大往往會降低內聚強度，反而位膠接強度降低。對這兩種影響相反的因素，只有找到它們共同影響下的最佳值，才能得到最好的“線受力”膠接強度。
(3)、膠粘劑的穩定性和耐久性。這是它抵抗周圍環境(溫度、濕度、老化、介質侵蝕等)使膠粘劑性能劣化和結構破壞的能力。對提高接頭的耐熱性、耐濕熱性、耐老化性、耐腐蝕性及安全可靠性等有決定性作用。抗剪強度(面受力)和剝離強度(線受力)顯然是性質不同的兩類性能。前者屬于應力范疇，是材料的極限應力(破壞應力);后者與膠粘劑的形變能有關，屬于能量范疇，是材料的斷裂能(斷裂功)。所以有人把剝離強度列為韌性參數。中尾一宗等測定了膠層厚度、溫度及測試速度與剝離強度的關系，發現這些參數可以換算，曲線中剝離強度峰的數目與膠粘劑的轉變點數目有關。環氧膠粘劑的硬度、模量與膠接性能的關系，可按硬度大小分成四個區域：非結構性膠粘劑、柔性膠粘劑、一般結構膠粘劑和耐熱膠粘劑。
必須指出的是：膠粘劑的性能與膠接性能是相互關聯又相互制約的，只有綜合考慮、全面權衡，才能設計出所需環氧膠粘劑的最佳配方。
二、確定所需環氧膠粘劑關鍵性能的主要依據
(1)、按接頭中膠層的受力狀態和大小選擇膠粘劑的性能。若為“面受力”，宜選用內聚強度和粘附強度大、韌性好的膠粘劑。若為“線受力”則宜選用韌性好、模量較小、斷裂伸長率較大的膠粘劑。受疲勞或沖擊載荷時宜選用韌性好的膠粘劑。
(2)、按被粘物的性質選擇膠粘劑。剛性大的脆性材料(如玻璃、陶瓷、水泥、石料等)宜用強度高、硬度和模量大、不易變形的膠粘劑。鈑金件和結構件等堅韌、高強的剛性材料，由于承載大并有剝離應力、沖擊和疲勞應力，宜用強度高、韌性大的結構膠粘劑，如環氧-丁腈膠。柔軟及彈性材料(塑料薄膜、橡膠等)一般不用環氧膠。也可選用柔性大的環氧膠。多孔性材料(泡沫塑料、海損等)宜用教度較大、柔性好的環氧膠。極性小的材料(聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)應先經表面活化處理后再用環氧膠粘接。
(3)、按使用溫度選擇膠粘劑。膠粘劑的玻璃化溫度Tg一般應大于最高使用溫度。通用型環氧膠粘劑的使用溫度約為-40～+80℃。使用溫度高于150℃時宜用耐熱膠粘劑。使用溫度在-70℃以下時宜用韌性好的耐低溫膠粘劑，如環氧-聚氨酯膠、環氧-尼龍膠等。冷熱交變對接頭破壞較大，宜用韌性好的耐高低溫膠，如環氧—尼龍膠等。
(4)、按其他使用性能要求選擇膠粘劑。如耐水性、耐濕熱性、耐老化性、耐腐蝕性、介電性等。
(5)、按工藝要求(固化溫度、固化速度、教度、潮面或水中固化等)選擇膠粘劑。所選出的膠粘劑常常不能同時滿足所有的要求。這就需要正確地判斷哪些性能是所需膠粘劑的主要性能(關鍵性性能)，哪些是次要性能。并按照確保主要性能，兼顧其他性能的原則設計膠粘劑配方。
三、環氧膠粘劑配方設計的步驟和方法。
首先應根據使用性能和允許的固化工藝條件判斷采用環氧膠粘劑是否有可能，在性能價格比上是否有優勢。然后大體上按照以下步驟進行配方設計。
(1)、初步判斷所需環氧膠粘劑的主要性能是哪些，次要性能是哪些。
(2)、本著確保主要功能，兼顧其他功能的原則，按照組分材料的結構和性能與膠粘劑性能的關系來確定膠粘劑的初步配方(膠粘劑的組配和配比)。還應考慮成本及組分材料的來源。
①先選配環氧樹脂固化體系。按化學當量計算樹脂和固化劑的理論用量。對催化劑和促進劑用量則參考經驗數據。
②再選配其他助劑。參照經驗數據或試配法選定初步用量(配比)。組分材料的在選配時還應注意組分材料之間的相互影響。
(3)、按照主功能最優，其他功能適當的原則對初步配方進行優化。如采用正交回歸分析法等，并借助計算機輔助設計，經過綜合權衡，最后定出最佳配方。
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