(1)实验原料
环氧树脂(E51),工业品,滁州惠盛电子材料有限公司;活性稀释剂(669),工业品,滁州惠盛电子材料有限公司;异佛乐酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),工业品,德国BASF公司;甲苯二异氰酸酯(TDI),工业品,天津化学试剂厂;聚己内酯二醇(PCLD),工业品,日本三井公司,Mn3000、羟值56㎎KOH/g,使用前在80℃下真空干燥4h;聚酰胺固化剂(V140),工业品,德国科宁公司;二月桂酸二丁基锡,化学纯,广州化学试剂厂。
(2)PU接枝改性环氧树脂的制备
按最终PU预聚物中NCO2.2%进行配方设计,在装有搅拌器和温度计的500ml三口烧瓶中,依次加入PCLD、IPDI和0.03%二月桂酸二丁基锡(占PCLD%)GF
80℃反应1.5h制备NCO封端的PU预聚物。然后再加入计量的环氧树脂(E51)和活性稀释剂(669)混合物,在80℃下继续反应直至红外光谱上NCO吸收峰消失为止,即制得PU接枝改性环氧树脂。
按照m(V140)∶m(E51)=50∶100配比,称取计量的PU改性环氧树脂和V140,快速搅拌均匀,涂于被粘接的标准金属试片上搭接夹紧,于110℃烘箱中固化2h,室温放置3d备用。
(3)主要影响因素
① PU预聚物含量对体系黏度的影响
加入少量PU预聚物对环氧树脂的黏度影响不大,随PU预聚物含量的增加,其改性环氧树脂黏度逐渐增大,为30%时黏度已升至50.40Pa·s,但在40%迅速增大至201.73Pa·s。
② 异氰酸酯结构对体系黏度的影响
,由IPDI、MDI和TDI制备的PU改性环氧树脂体系的黏度分别为21.02Pa·s,17.15Pa·s、6.38Pa·s,TDI型的明显小于前两者,这可能与异氰酸酯的分子量及分子结构有关。分子量小,苯环少,结构对称都有利于其黏度降低。
③ 活性稀释剂含量对体系黏度的影响 随着活性稀释剂的加入;环氧树脂黏度迅速降低,但加入量大于10%时其用量对纯环氧树脂黏度的降低幅度显著减少;加入30%时环氧树脂的黏度已降至0.19Pa·s。由于PU结构单元的加入,使得改性环氧树脂的黏度显著增大,活性稀释剂对黏度降低的趋势与纯环氧树脂的一致。
④ PU预聚物含量对体系粘接性能影响
随着PU预聚物的引入,改性环氧树脂的粘接能力提高,10%达最大值,此后进一步提高PU预聚物的含量,它们的剪切强度都急剧下降。少量加入PU预聚体PU与环氧树脂间的相分离程度小,可以有效地阻止裂纹的发展,应力也可以得到很好地分散,起到增强增韧的作用;进一步增加PU含量会导致胶黏剂本体力学性能降低,而降低剪切强度。
⑤ 异氰酸酯结构对体系粘接性的影响
IPDI型PU改性环氧树脂对铁片/铁片的剪切强度最高,MDI型PU改性环氧树脂对铝片/铝片和铁片/铁片的剪切强度最低,TDI型PU改性环氧树脂对铝片/铝片的剪切强度最高。MDI的分子结构对称规整,由它合成的PU改性环氧树脂的内聚力较强,对金属的浸润性降低,对金属的粘接强度低。
⑥ 活性稀释剂含量对体系粘接性能影响
活性稀释剂量过多或过少都不利于对金属的粘接性能,当m(活性稀释剂)∶m(环氧树脂)为10∶90时,对铝片/铝片的粘接强度达到最大;为20∶80时,对铁片/铁片的粘接强度达到最大。这可能是少量活性稀释剂可使树脂的黏度迅速降低,同时增强了树脂对金属表面的浸润性,但加入过多时,由于降低了树脂的交联密度、本体强度,会引起剪切强度的下降。
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