環氧樹脂類

環氧樹脂具備優良的粘結性與各種均衡的物理性質,作為膠黏劑從尖端技術到家庭方面都有廣泛的應用。其性能主要取決於環氧樹脂、固化劑、填料以及其它各種添加劑的種類和用量,同時也與其組成的配合技術密切相關。由於用途眾多,對環氧樹脂性能的要求也是多方面的。

相較於其它膠黏劑,環氧樹脂膠黏劑展現出顯著優勢:其適應性強,可應用於多種場合;環保特性顯著,不含有害揮發性溶劑;操作簡便,僅需低壓接觸即可實現粘接;固化過程中體積變化小,固化後物質穩定性高,抗疲勞性強;同時具備出色的耐腐蝕、耐濕、耐化學品侵蝕及良好的電氣絕緣性能。然而,它也存在局限性:對部分非極性或結晶性聚合物(如聚烯烃、有機硅、氟化物等)的粘合力較弱,以及抗剝離、開裂、衝擊的能力和韌性有待提高。針對這些不足,業界已發展出有效解決方案,透過適當的表面處理技術提升對難粘材料的粘接效果,並利用改性技術優化環氧樹脂的性能,以增強其抗剝離、開裂、衝擊及韌性。

環氧樹脂膠黏劑常以雙組分形式(主劑與固化劑)供應,便於用戶按需調配使用;在自動化生產線上,為滿足高效作業需求,單組分膠黏劑更為常見。在選擇上,雙酚A型樹脂因其廣泛適用性而普遍應用;對於有特殊耐熱或其它性能要求的場合,則可選擇高性能或特種環氧樹脂。產品的供應形態多樣,以液態膠種為主,同時根據實際應用需求,也可提供固態(粉末狀)、帶狀或膜狀(如預聚物膜)等不同形態,以適應不同的施工工藝和使用環境。

分類

按使用形式可分為雙組分型膠黏劑和單組分型膠黏劑。

雙組分型膠黏劑中的通用型多採用DGEBA樹脂,同多種固化劑配合,膠黏劑的名稱即取自參與配合的固化劑名稱。按固化劑種類可分為常溫、中溫、高溫和超高溫固化型,固化溫度提高,膠黏劑的耐熱溫度也隨之提高。使用雙組分膠黏劑時應注意兩點:一是按規定的比例將兩組分均勻混合;二是注意配好的膠黏劑的適用期(混合後黏度上升到不能使用的時間)。混合比例不同,粘接強度也不同,一般固化劑過量時粘接強度下降的程度比固化劑不足時更大。雙組分膠黏劑混合的同時反應即開始,隨著時間延長黏度增大,必須在適用期內用完。

耐熱性雙組分型方面,DGEBA樹脂體系的膠黏劑根據所採用固化劑種類(如酚醛樹脂、硅酮等),可以在200~300℃高溫下使用。若將環氧樹脂從雙官能度更換成相應的多官能度類型,也可以得到耐高溫膠黏劑,例如四縮水甘油基四苯基乙烷(TGTPE)、四縮水甘油基二氨基二苯基甲烷(TGDDM)及甲酚線型酚醛樹脂的多縮水甘油醚(ECN)等。然而多官能度環氧樹脂的耐熱性能也與所使用的固化劑種類有關,這一點與通用型DGEBA體系是一樣的。

單組分環氧樹脂膠黏劑在使用前,雙組分產品一直將環氧樹脂和固化劑分別包裝和貯存。從生產和使用角度看,雙組分膠黏劑存在不少缺點:增加了包裝的麻煩;使用時混合比例的準確性和混合的均一性會影響粘接強度;樹脂和固化劑混合後使用壽命很短,固化劑種類不同使用期也不同,如脂肪胺類為數十分鐘,叔胺或芳香胺類為幾小時,酸酐類為一天至數天,無法長期存放。因此,配制單組分膠黏劑可以使膠接工藝簡化,並適用於自動化操作工序。

配制單組分膠黏劑主要是依靠固化劑的化學結構,或是採用某種技術手段把固化劑對環氧樹脂的開環活化暫時凍結起來,然後在熱、光、機械力或化學作用(如遇水分解)下激發固化劑活性,便迅速固化環氧樹脂。單組分化的方法主要有:

第一,低溫貯存法,對於一些反應性較慢的體系在低溫下貯存。

第二,分子篩法,把固化劑吸附於分子篩內,用加熱或吸濕置換釋放出來。

第三,微膠囊法,將固化劑封入微膠囊內(成膜物質有明膠、乙烯基纖維素、聚乙烯醇縮醛等),與環氧樹脂混合後不會發生固化反應,膠囊靠加熱或加壓破裂後使固化劑與樹脂發生反應。

第四,濕氣固化法,使用酮亞胺或醛亞胺類固化劑,這類固化劑遇水後游離出胺化合物而發生固化反應。

第五,潛伏性固化劑法,使用在規定溫度以上才能被活化發生反應的热反應性固化劑。

第六,自固化環氧樹脂,分子中含有2個或2個以上環氧基和亞胺基的化合物均適用,例如縮水甘油基尿烷。目前國內外市場出售的單組分環氧樹脂膠黏劑幾乎都是採用潛伏性固化劑或自固化性環氧樹脂,產品形態有液態、糊狀、粉末狀和膜狀等品種。

題圖:環氧樹脂和黏土混合後製成的工藝品。(來源:wikicommons,CC-BY-SA 4.0)