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第八章 结构胶粘剂的化学性质和物理性能

第八章 结构胶粘剂的化学性质和物理性能

1、结构胶粘剂(structural  adhesive):这是一种用于粘接高强度材料(如木材、复合材料或金属)的胶粘剂,室温下其实际粘结强度大于6.9MPa(1000psi)。另一种定义:这是一种在有效设计荷载下不发生形变(或蠕变)的材料。由于性能的要求,结构胶粘剂通常是一些可交联的(热固性的)有机化合物,经常带有极性,具有很高的表面能,能够抵抗多种类型的外界破坏,在恶劣环境中经受若干年甚至数十年;
2、膜状胶粘剂-film adhesive  膏状胶粘剂-paste adhesive
3、结构胶粘剂基体树脂的化学性质:
1).酚醛树脂:
a.碱为催化剂,苯酚与过量甲醛反应制得甲阶酚醛树脂(resole phenolic resin);酸为催化剂,甲醛与过量苯酚反应制得线型酚醛树脂(novolac phenolic resin)+六亚甲基四胺(Hexa 乌洛托品)可固化;
b.苯酚与甲醛以2:1的物质的量的比进行反应时,得到的产物被称为双酚F(二苯酚甲醛),当苯酚与丙酮以同样的物质的量的比进行反应时,则会得到双酚A(二苯酚丙酮);
2).蛋白质:
用于结构胶粘剂的蛋白质主要来源有动物血、鱼、奶、连接组织和大豆等。纵观历史蛋白质类胶粘剂一直被人类所使用,在现代主要用于胶合板的生产,但其不能经受恶劣的环境,所以她制得的胶合板只能局限于室内使用;
3).环氧树脂:
以环氧乙烷环作为其反应单元的树脂称为环氧树脂,多以酚类和环氧丙烷的反应为基础;
a.2,2-异亚丙基二酚(也称双酚A:BPA)与环氧氯丙烷反应可得双酚A的二环氧丙基醚(DGEBPA);它可以与双酚A进一步反应得到更高分子量的树脂,其端基为环氧基或酚基;
二苯酚甲醛(也称双酚F:BPF)与环氧氯丙烷反应得到与DGEBPA树脂类似的树脂;环氧树脂还有两大类别分别为环氧化酚醛树脂和环脂族环氧树脂(脂环族?)
b.环氧树脂固化方式有醇或硫醇、酸酐、阳离子聚合(Lewis酸)、阴离子聚合(咪唑)、胺类(双氰胺)
c.热固性体系其固化温度、固化时间和热固性树脂的物理状态之间的关系非常复杂,并且通常都是混乱的。参看时温转变(T-T-T)谱图;
4)氨酯树脂:
虽然聚氨酯内在的强度或模量并不突出,但其固化得到的坚韧树脂吸收能量的潜能非常大,聚氨酯既可以配制成室温 胶粘剂,也可以配制成高温固化胶粘剂。氨酯基胶粘剂的配方设计取决于异氰酸酯、多元醇和一种被称为扩链剂(短链的胺或者醇)物质的选择。
5)丙烯酸类树脂:
广义上分为两大类:自由基固化胶粘剂和氰基丙烯酸酯胶粘剂(厌氧或UV固化)
6)耐高温结构胶粘剂:
a.表征耐高温胶粘剂材料的一个关键特性就是他们的高度芳香性(产生抗氧化性)和聚合过程中形成的过剩化学键。
b.聚酰亚胺(纳迪克官能团、间氨基苯乙炔)、双马来酰亚胺(迈克尔加成反应)
4、结构胶粘剂性能的优化设计:
1)酚醛树脂:腈-酚醛树脂薄膜胶粘剂(腈-丁二烯弹性体);
2)环氧树脂:增塑处理和利用相分离进行韧化(增韧剂 toughening agent)(丁腈橡胶),三聚氰胺作为助固化剂可能用来降低双氰胺所要求的高固化温度。Goland-Reissner效应;
3)丙烯酸树脂:使用相对高分子量的丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚物、气相二氧化硅…
4)耐高温结构胶粘剂:(Subrahmanian)
a.在这些聚合物中应该只存在最强的化学键,最好是含有芳香环,而应该避免烷基和亚烷基等单元;
b.其结构处于最低能量状态,不会发生受热重排;
c.具有最大化的共振稳定性(高度芳香性)结构;
d.其结构中的化学键处于最稳定的构型,当其受热断裂后,能够很容易的重新形成;
e.主链中具有多键连接的梯形聚合物应尽可能的多,因此单根键的断裂就不会造成分子量的流失;
f.该聚合物在尽可能低的温度下应具有可加工性;
g.该聚合物应具有足够低的屈服应力,这样它本身就可以吸收断裂能或进行增韧。
最后两点与前面几点互相矛盾,要均衡这些要求的技术一直在研究中。

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