室温快固化环氧胶的制备技术及性能研究

摘要

环氧树脂胶粘剂具有收缩率低、胶粘强度高、尺寸稳定、电性能优良、耐化学介质等优点，对多种材料具有良好的胶粘能力。但其存在固化温度高，固化速度慢等缺点。本文针对普通双酚A型环氧树脂与聚硫醇型固化体系配合使用的室温快速固化双组分胶粘剂，着重开展了聚硫醇型固化剂的合成工艺、结构与性能的调控，并用其复配成固化剂体系应用于室温固化环氧树脂胶粘剂体系，考察了相关的性能：凝胶时间、剪切强度、剥离强度等；同时制备了几种多官能度的活性稀释增韧剂，研究其对室温快固化环氧胶固化、粘接强度等性能的影响。 选用多元醇，环氧氯丙烷，硫氢化钠为原料，采用两步法工艺，合成了含丙氧基脂肪族结构的聚硫醇。采用核磁，红外和化学分析方法分析了两步产物的结构及组成，考察了反应过程中的温度、配料比、催化剂及其含量、溶剂、反应时间等因素对产物结构组成的影响。确定了较佳的合成工艺条件，使第一步醚化反应进行得比较完全，其中活性氯占总氯的90％左右，第二步产物中含有巯基含量可达到9.3％。 环氧胶的组成及固化工艺直接影响胶的性能。考察了固化剂结构、用量，促进剂用量，固化时间和固化温度对胶粘剂的固化速度和粘接强度的影响。研究表明，聚硫醇固化剂的巯基含量越高，其对环氧树脂的固化速度越快，环氧胶的粘接强度越高。固化促进剂叔胺的用量存在着一个最佳值，实验表明促进剂的加入量为12％时，胶接强度最高。实验发现，室温快固化环氧胶的胶接剪切强度在一定的固化时间时达到最高，延长固化时间，强度略有下降；提高固化温度，一定程度上可以提高固化速度和胶接的强度。研究表明，双阿累尼乌斯模型能够准确描述聚硫醇固化的环氧树脂在较低粘度范围内的化学流变行为。建立的化学流变模型与实验结果具有很好的一致性。 单纯聚硫醇固化的环氧胶较脆，室温下剪切强度及断裂韧性较低，难度满足一些性能要求较高的场合。本文合成了几种多官能度脂肪族缩水甘油醚，用正交实验法确定了其最佳合成工艺条件，并将其作为活性稀释增韧剂用于室温快固化环氧胶。考察了该缩水甘油醚对环氧树脂/聚硫醇体系的改性作用。研究表明，该缩水甘油醚该体系具有良好的稀释增韧作用，同时在固化交联过程中，能够结合在环氧树脂固化网络中，增加网络的可形变性，并且能提高环氧胶粘结性能。实验发现改性后的环氧胶的粘接剪切强度和不均匀扯离强度都有大幅提高，而环氧胶的固化速度下降并不多，并且固化物的耐热性能基本不变。当多官能度脂肪族缩水甘油醚的加入量大于30phr时，四官能度缩水甘油醚的增强作用和耐热性明显好于三官能度缩水甘油醚。SEM分析表明，适量引入脂肪族缩水甘油醚后，环氧固化物断面呈现韧性断裂特征。DMA分析也表明缩水甘油醚的增韧不是海岛相增韧机理，而是分子交联状态的不均匀性形成有利于塑性变形的非均匀相结构来实现增韧。

目录

文摘

英文文摘

引言

第一章文献综述

1.1概述

1.2环氧类胶粘剂配方组成

1.2.1环氧树脂

1.2.2固化剂

1.2.3增韧剂

1.2.4稀释剂

1.2.5填料

1.2.6促进剂

1.3室温环氧胶的性能特点

1.4国内外快速固化胶现状

1.5室温快固化剂的合成方法概述

1.6增韧

1.6.1增韧方法

1.6.2增韧研究进展

1.6.3目前增韧环氧技术存在问题和发展趋势

1.7本文的目的及主要内容

第二章聚硫醇的合成研究

2.1实验部分

2.1.1原料

2.1.2实验装置

2.1.3合成工艺

2.1.4产物结构分析

2.2实验结果与讨论

2.2.1第一步产物表征

2.2.2第一步产物合成的影响因素

2.2.3硫醇结构的表征

2.2.4硫醇合成的影响因素

2.3小结

第三章环氧树脂固化及其性能研究

3.1实验原料

3.2胶粘剂性能测试

3.2.1剪切强度

3.2.2凝胶时间

3.2.3 TGA测试

3.2.4流变性能测试

3.2.5 DSC测试

3.3快固胶配方选择

3.3.1环氧基体的选择

3.3.2固化剂的影响

3.3.3促进剂的影响

3.4固化工艺研究

3.4.1固化剂最佳用量

3.4.2固化温度和固化时间的影响

3.5固化机理研究

3.6硫醇/环氧树脂体系的化学流变行为研究

3.6.1等温流变行为

3.6.2流变模型的建立

3.7小结

第四章室温快固胶的增韧改性

4.1活性稀释增韧剂的合成

4.1.1实验部分

4.1.2实验结果与讨论

4.2环氧胶性能研究

4.2.1粘结性能

4.2.2缩水甘油醚增韧环氧树脂的动态力学分析

4.2.3耐热性能

4.2.4微观形貌分析

4.3小结

第五章结论

参考文献

致谢