环氧树脂胶粘剂胶接强度的影响因素
实验室k / 2019-05-22
为了使我们进一步了解和掌握粘结技术，结合环氧树脂胶粘剂的特点，进一步讨论一下影响胶接强度的几个因素是十分必要的。2000吨油压机所用粘合剂的配方是：
| 组 份 |
6101环氧树脂 100重量份
H46505聚酰胺硬化剂 80重量份
填料（还原铁粉） 30～100重量份
|
| 硬化条件 |
先室温固化8小时，然后100℃烘6～8小时 |
1．树脂本身对粘结强度的影响
当树脂的平均分子量较小时，其粘度较低，这使被粘物表面能很好被浸润，故其粘附性能较好，但这种树脂强度较差。因此很难有很高的胶接强度；反之，树脂的平均分子量较大时，分子间有较大的内聚力，但其粘度、熔点都较高，一般来讲，不会有足够的粘附性能，只有选择一定的分子量范围内的树脂，才能既有良好的粘附性又有较高的内聚强度。其次树脂的分子结构与胶结的性能也有密切的关系。除个别特殊情况外，一般含有极性基的胶粘剂对极性高分子化合物的粘附力较好，而对非极性的较差，这是由于结构相似，混溶性较好，有利于分子扩散。
2．填料的影响
粘合剂中加入填料不仅可以降低成本，还可以使被粘物表面有较好的配合，减少硬化时所产生的内应力及收缩性，提高其胶结强度。不同种填料对室温硬化环氧树脂的胶结强度的影响如表5－2所示：
表5－2 不同种填料对室温硬化环氧树脂胶接强度的影响
| 填料种类 |
用量（%） |
剪切强度（公斤／厘米2） |
强度增加（%） |
| 无填料 |
－ |
150 |
－ |
| 陶瓷粉 |
40 |
250 |
65 |
| 石墨 |
10 |
300 |
100 |
| 电木粉 |
20 |
240 |
60 |
| 铁粉 |
40 |
290 |
90 |
| 氧化铁 |
30 |
230 |
50 |
环氧树脂粘合剂的一个致命弱点是韧性差、耐热性低，不适宜用在受冲击的情况下，为此往往还需加入增塑剂或用酚醛树脂、聚硫化物、锦纶等高分子化合物进行改性。
3．硬化剂的影响
环氧粘合剂的硬化剂一般有二类：一类是室温硬化，使用最普遍的是脂肪族胺类，但其剪切强度不太令人满意，而且要硬化3～4天后才能达到最高的强度。如果适当提高硬化温度或室温硬化后再补充进行热处理，可以使机械强度大大提高。
使用脂肪族胺类硬化时，粘合剂使用寿命短、脆性大，因此2000吨油压机就采用低分子量的聚酰胺作硬化剂，用室温硬化再补充热处理，达到了满意的强度。
至于我们常见的室温快干胶，则是以双酚A环氧树脂与三氟化硼络合物为主要成分的双组份环氧粘合剂；或者是另加改性胺类（由苯酚、甲醛、乙二胺缩合而成）以及多元芳香胺作为促进剂，这些粘合剂只要在25℃硬化两小时，就可达到较高的强度。
使用不同胺类硬化剂，环氧树脂在室温时的剪切强度见表5－3。
表5－3 不同胺类硬化剂对环氧树脂在室温硬化时的剪切强度
| 硬化剂种类 |
乙二胺 |
二乙烯三胺 |
三乙烯四胺 |
650聚酰胺 |
| 硬化条件 |
硬化剂用量（％） |
| 8 |
10 |
12 |
100 |
| 剪切强度（公斤／平方厘米） |
室温硬化24小时 |
42 |
67 |
88 |
156 |
| 室温硬化48小时 |
95 |
127 |
118 |
244 |
| 室温硬化96小时 |
124 |
165 |
137 |
231 |
| 80℃硬化3小时 |
149 |
151 |
171 |
238 |
另一类是加热硬化的硬化剂，如酸酐类（邻苯二甲酸酐或顺丁烯二酸酐）及双氰胺，这类硬化剂在加热条件下迅速硬化，并具有很高的胶接性和耐热性，同时改善胶层的耐冲击韧性。因此能用于金属或非金属材料受力结构的胶接。
4．粘合工艺因素的影响
粘合时，一般包括这样几步：
粘合剂的配制 → 被粘物表面处理 → 涂胶 → 搭接，硬化 → 性能检验。
首先，应根据材料、胶粘要求等合理选择性能不同的粘合剂（包括配方中各组分）；其次，为了使粘合剂能同粘合表面真正接触，必须对被粘物表面进行处理，用机械、物理方法（如石英喷砂去油）或化学方法（酸洗、碱洗、有机溶剂去油、电化学成膜等）使被粘物表面清洁、干燥、平整而又粗糙。这步往往是影响胶接质量的关键之一。然后进行配胶、涂胶和搭接硬化成型。
对于环氧粘合剂来说，如果牌号、配方选择恰当，使用得法，其粘结效果是十分理想的。两块铁片粘结处面积为5平方厘米时，可以吊起一辆解放牌汽车。因此，目前人工合成粘合剂广泛用于宇宙航行、机械、造船、汽车和电子工业中。同样，许多金属、塑料、木制的农具、农业机械和家具破损以后，也可用环氧树脂、脲醛树脂、聚氨酯等多种粘合剂进行胶接，既可修旧利废、节约材料，又不耽误季节、影响生产。
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