一种低成本室温固化双组分环氧密封胶的研制

李吉明 薛纪东 钟汉荣

摘要：采用低分子质量双酚A型环氧树脂及改性胺类固化剂研制了一种低成本室温固化双组分环氧胶粘剂。探讨了其固化机理，考查了温度、配比对适用期的影响，以及硅微粉、邻苯二甲酸二辛酯的用量对胶接强度的影响。结果表明，温度变化对该产品的适用期影响较大。温度升高，适用期变短。硅微粉加入量在30～75份时，胶的湿润性变差，固化后的胶层缺陷增多，拉伸剪切强度随硅微粉用量的增大而下降。邻苯二甲酸二辛酯的加入降低固化后的交联密度，使环氧胶的胶接强度下降。

关键词：环氧胶；固化；配比；适用期；拉伸剪切强度

中图分类号：TQ433.4+37 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2013）10-0055-04

2013年国内胶粘剂领域对环氧胶的需求量约为15万吨，环氧胶粘剂广泛应用于交通运输、电子工业、机械工业等行业 [1]。室温固化的环氧胶不但节能，而且可以简化加工过程，一直是主要研究方向之一。

本文采用低分子质量双酚A型液体环氧树脂及改性胺类固化剂研制了一种低成本室温固化双组分环氧胶粘剂，主要应用于石材抛光设备金属板材间的填缝密封。研制的环氧密封胶，工艺操作性、适用期、胶接强度、固化后硬度均能满足钢板填缝密封的工程技术要求，已批量生产，客户用其取代Araldite产品，节约了成本，经济效益显著。

1 实验部分

1.1 主要原材料

双酚A型液体环氧树脂，YN 1828，江苏扬农化工集团有限公司；810固化剂，胺值约400 mg KOH/g，长沙市化工研究所；硅微粉，HD 3000，信阳核工业恒达实业公司；邻苯二甲酸二辛酯（DOP），工业级，广州雨廷化工科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工业级，佛山文泰化工有限公司。

1.2 制备工艺

A组分：环氧树脂、邻苯二甲酸二辛酯、硅微粉、着色剂等原材料按配比加入至动混行星机中，混合为色泽均一、胶料细腻的黏稠液态胶状物，在抽真空条件下低速搅拌，尽量除去胶料中的气泡，之后压胶分装。

B组分：将810固化剂、KH-550、其他助剂按配比加入容器，采用高速分散机混合为均一黏稠液态物，之后分装。

1.3 分析与测试

适用期：按GB/T 7123.1—2002测定。

拉伸剪切强度：按GB/T 7124—2008测定。

2 结果与讨论

2.1 固化机理

解决室温快速固化的关键，在于使胶液获得足够的反应活性，固化剂的结构对环氧树脂的固化反应起到决定性作用。810环氧固化剂是一类含芳香基的改性脂肪胺，化学分子结构式为C6H4（OH）CH2NHCH2C6H4CH2NH2，含一级胺基（氮与2个氢相连）及二级胺基（氮只与1个氢相联接），二级胺基与1个环氧基反应，一级胺基与2个环氧基反应，使环氧基开环生成羟基[2]。从理论上来说，开环反应中产生的羟基可与其他环氧基反应，形成醚键，最后生成网状或体型聚合物。

上述固化机理目前还不完善，L.Xu等[3]认为芳胺与环氧树脂的固化机理包括3个步骤：环氧基和胺基之间氢键的形成；包含环氧基、氨基及羟基3分子中间产物的形成；通过环氧开环而分解3分子中间产物。

2.2 温度和配比对适用期的影响

双组分环氧胶的适用期主要受温度和固化剂配比的影响，本文对研制的环氧密封胶在不同温度及配比下的适用期进行了实验研究。

甲乙组分质量比为5∶1时，温度与适用期关系如图1所示。

由图1可见，随着温度的升高，环氧胶适用期变短。我国各地气温变化很大，仅南方地区，气温也有5～35 ℃的起伏，其适用期由74 min缩短到约30 min。若适用期较短，甲乙组分混合后，黏度很快上升，甚至未使用完就固化了；若适用期较长，则固化较慢，影响下一道工序。根据客户的使用工艺需求，30～80 min适用期较为适宜。

将mA∶mB设定为10∶1、8∶1、5∶1、3∶1，测试其30 ℃时的适用期。

从表1可见，固化剂用量增大，适用期缩短。所以，在实际应用中，可以参考环境温度来调节配比使环氧胶有一个恰当的适用期。如气温30 ℃时，mA∶mB=5∶1适用期约45 min就比较适宜。

2.3 胶接强度

2.3.1 硅微粉用量对粘接强度的影响

采用常温拉伸剪切强度考查了硅微粉用量对环氧胶粘接强度的影响，结果见图2。mA∶mB=5∶1，A组分组成：环氧树脂，100份；邻苯二甲酸二辛酯，20份；硅微粉，变量。

由图2可以看出，硅微粉用量在15～30质量份时，剪切强度为8.0 MPa左右；添加30～75份时，拉伸剪切强度随着用量增大而递减，但减小程度不大。

硅微粉主要成分是非晶质无定形的二氧化硅，以它为填料，可提高胶的耐温和化学稳定性，还可降低成本，但加入量过大则会影响粘接强度。由于本产品仅用于填缝密封，产品的拉伸剪切强度在5 Mpa以上已能满足产品设计要求，所以硅微粉加入75份时，仍能满足强度要求。

2.3.2 邻苯二甲酸二辛酯用量对粘接强度的影响

采用DOP作为环氧胶的增塑剂，可降低黏度，增加流动性，改善操作性能，允许使用较多填料并降低成本。DOP用量对环氧胶粘接强度的影响如图3所示，mA∶mB=5∶1，A组分组成：环氧树脂，100份；DOP，变量；硅微粉，45份。

3）该胶可满足石材抛光设备钢板密封要求，而成本较低，经济效益良好。

参考文献

[1]范福庭，沈晓成.高性能双组分室温固化环氧胶的研制[J].粘接，2012（06）：61-64.

[2]北京粘接协会.胶粘剂技术与应用手册[M].北京：宇航出版社，1991.356-358.

[3]Xu L，Fu J H，Schiup J R.In situ near-infrared spectroscopic investigation of epoxy resin-aromatic amine cure mechanisms[J].J.Am.Chem.Soc.，1994（116）：2821-2826.

Preparation of a low-cost room temperature curable two-component epoxy sealant

LI Ji-ming，XUE Ji-dong，ZHONG Han-rong

（Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510700，China）

Abstract：A low-cost room temperature curable two-component epoxy sealant was prepared with liquid bisphenol A type epoxy resin and modified amines.Its curing mechanism was discussed in this paper.The effect of temperature and two component weight ratio on the working life and the effect of the amounts of silica powder and dioctyl phthalate on the bonding strength were also studied.The experimental results showed that the change of temperature could affect the working life obviously.The working life of product got shorter while its reaction rate speeded up due to the elevation of temperature.When the silica powder amount was 30～75 phrs，the wettability of sealant got poor，the defects in cured sealant layer increased，amd the tensile shear strength decreased with increasing the silica powder amount.The adding of dioctyl phthalate decreased the cross-linking desity of cured sealant and the bonding strength of modified resin.