一种环保型螺纹锁固厌氧胶的研究及制备

彭小琴，覃燕龙*，陈炳耀，陈　亮，关志涛

（1.广东三和控股有限公司，广东 中山528434；2.广东三和化工科技有限公司，广东 中山528434；3.广东阜和实业有限公司，广东 中山528434）

一种环保型螺纹锁固厌氧胶的研究及制备

彭小琴1，覃燕龙1*，陈炳耀1，陈亮2，关志涛3

（1.广东三和控股有限公司，广东 中山528434；2.广东三和化工科技有限公司，广东 中山528434；3.广东阜和实业有限公司，广东 中山528434）

研究了几种不同的引发剂、促进剂和稳定剂对螺纹锁固厌氧胶的性能的影响，包括：固化速度、热贮稳定性、破坏扭矩、平均拆卸扭矩。考虑到生产环境和日趋高标准的环保要求，选择了过氧化月桂酰作为螺纹锁固厌氧胶的引发剂，苯肼作为促进剂，对苯二酚作为稳定剂。试验结果表明，当过氧化月桂酰质量分数为3.0%，苯肼质量分数为3.0%，对苯二酚质量分数为0.04%时，厌氧胶的综合性能达到了最佳值。

螺纹锁固厌氧胶；固化速度；稳定性；破坏扭矩；平均拆卸扭矩

前言

紧固件锁紧与密封是厌氧胶最早的应用领域，也是厌氧胶最主要的用途。胶液在充满螺纹啮合处的所有空隙后，因缺氧而固化，形成不溶不熔的高聚物，填满整个螺纹间隙，使螺纹的接触部位难以产生相对位移，可有效地防止在外力作用下产生微量滑移而松动。胶的粘结强度增加了松动扭矩，防止螺纹自松；胶层具有良好的吸振性，也提高了螺纹连接件的抗振能力，因而具有良好的吸振放松和密封性能。这种锁紧防松和密封方法比起常用的机械方法（如弹簧垫圈、双螺帽等）不但简单，而且更为可靠。此外，还能简化工艺，提高工效，如发动机缸体上有许多双头螺栓，为了保证锁紧和密封，往往需要加工成盲孔，难度较大。如果采用厌氧胶，可以改为通孔，而不必担心泄露。［1～3］

引发剂、促进剂、稳定剂都是厌氧胶必不可少的主要成分。除了能被空气氧化的聚醚型粘结剂以外，所有在末端上有（甲基）丙烯酸酯型的多官能团的单体，只靠其本身是不能固化的，所以必须添加促进剂与引发剂。促进剂是引发剂在缺氧条件下引发聚合时加速固化，而在贮存期间不起反应的物质，如含氮、硫和过渡金属的化合物。加入了引发剂的厌氧胶，即使不再添加促进剂，只要在隔绝空气的铁、铜等金属的接触面之间，并有充足的固化时间，就能显示出良好的粘结效果。可是从实际应用来看，都希望胶黏剂在贮存时稳定性好，一旦涂覆后就能快速固化，所以厌氧胶最突出的问题是稳定性和固化速度的结合，促进剂就是兼顾这两种作用的组分。稳定剂能使厌氧胶长期稳定贮存，而厌氧胶使用时稳定剂又不影响快速固化，所以稳定剂是开发优质厌氧胶的关键。［4～6］

本文在螺纹锁固厌氧胶的其他组分质量分数基本不变的情况下，研究了几种不同的低气味环保型的引发剂、促进剂和稳定剂对其性能的影响。

1　实验部分

1.1主要原料

环氧丙烯酸树脂，60℃条件下黏度10000mPa· s，山东云开化工；甲基丙烯酸羟丁酯，工业级，日本触媒公司；对苯二酚，工业级，日本三井公司；N，N-二甲基苯胺，工业级，天津开发区乐泰化工有限公司；糖精，工业级，上海福田公司；过氧化月桂酰，工业级，天津开发区乐泰化工有限公司；过氧化苯甲酸叔丁酯，工业级，泰州市远大化工原材料有限公司；二茂铁，工业级，上海茂基化学试剂有限公司；苯肼，工业级，上海诺泰化工有限公司；气相白炭黑，工业级，万载县辉明化工有限公司；异丙苯过氧化氢，工业级，上海邦成化工有限公司；2，5-二苯基对苯醌，工业级，上海氟德化工有限公司。

1.2实验设备

行星搅拌机，JB300-D，上海索映仪器设备有限公司；扭矩扳手，TLB型，嵊州市帕克工具厂；数字黏度计，NDJ-8S，上海安德仪器设备有限公司；电热恒温水浴锅，HWS-24型，北京中科博达仪器科技有限公司；电热鼓风干燥箱，101-1A型，天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3厌氧胶的制备

将丙烯酸酯类单体、丙烯酸树脂、引发剂、稳定剂、填料均匀混合，在水浴温度为50～60℃的条件下搅拌3h后添加促进剂和助促进剂，继续搅拌1h即可制得厌氧胶成品。厌氧胶的基本配方如下表1所示。

表1厌氧胶的基本组成Table 1 The basic composition of anaerobic thread locking adhesive

1.4性能测试

（1）固化速度：将钢制M10标准螺栓螺母用丙酮清洗干净并干燥。在螺栓上涂以足量的厌氧胶，拧上螺母，上下反复拧几次，使螺纹间充满胶液，于25℃放置固化，测其手拧不动的时间为初固时间（min）。

（2）破坏扭矩、平均拆卸扭矩：准备M10标准螺栓螺母5套，用丙酮清洗并干燥。与（1）同样的方法粘好螺栓螺母，于25℃放置24h后，按航空工业部标准HB5315-85，用扭矩扳手测定其破坏扭矩和平均拆卸扭矩（N·m）。

（3）热贮稳定性：称取50g厌氧胶液于100mL的厌氧胶瓶中，放置在温度为80℃的烘箱，记录胶液生成凝胶所需要的时间（h）。

2　结果与讨论

2.1引发剂的种类对厌氧胶性能的影响

引发剂的选择要兼顾胶的稳定性和固化速度，量太多则会影响厌氧胶的贮存稳定性，量太少厌氧胶则会固化太慢，粘结强度低。异丙苯过氧化氢是厌氧胶用得较多的引发剂，但是此材料有强烈的刺激性气味，有一定的腐蚀性，且易引起皮肤过敏，逐渐不符合现代环保生产的要求。本文研究了当用苯肼作为促进剂，对苯二酚作为稳定剂，过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯对比异丙苯过氧化氢作为引发剂，且当w（引发剂）=3.0%，w（促进剂）=3.0%，w（对苯二酚）=0.04%时，厌氧胶各项性能如表2所示。

表2　不同引发剂对厌氧胶性能的影响Table 2　The effects of different initiators on the performances of anaerobic adhesive

由表2可以看出，过氧化月桂酰无刺激性气味，有利于车间的投料生产。而且综合厌氧胶的固化速度、热贮稳定性、破坏扭矩、平均拆卸扭矩各项性能来看，用过氧化月桂酰作为引发剂是最佳的选择。若用异丙苯过氧化氢作为引发剂制得的厌氧胶虽然也具有较快的固化速度和比较好的稳定性，但其破坏扭矩强度稍低，且异丙苯过氧化氢带有强烈的刺激性气味和一定的腐蚀性，不符合日趋高标准的环保要求。用苯甲酸叔丁酯作为引发剂制得的厌氧胶虽然扭矩强度较大，但贮存稳定性较差，不符合要求。综上所述，过氧化月桂酰是一种较为环保的厌氧胶引发剂。

在其他条件不变的情况下，过氧化月桂酰的用量对厌氧胶性能影响见表3。

表3　过氧化月桂酰的用量对厌氧胶性能的影响Table 3　The effect of lauroyl peroxide dosage on the performances of anaerobic adhesive

由表3可以看出，随着过氧化月桂酰用量的增加，厌氧胶的固化速度也明显加快，但当w（过氧化月桂酰）＞3.0%时，厌氧胶的固化速度随引发剂的增加而无明显变化，这可能是因为加入过量的引发剂时，体系聚合速度增大，厌氧胶固化后交联度过高，胶接处易发生脆性断裂而导致粘结失效。厌氧胶的热贮稳定性、破坏扭矩和平均拆卸扭矩都随着过氧化月桂酰的用量增大而呈现先增后减的趋势，这可能是因为引发剂在聚合过程中产生的自由基数目增加，聚合物的相对分子质量下降，致使体系交联密度降低所致［2］。当w（过氧化月桂酰）=3.0%时，厌氧胶的各项性能指标均达到最佳值。

2.2促进剂的种类对厌氧胶性能的影响

促进剂的种类繁多，是厌氧胶中最富于变化的组分。主要有含氮化合物，含硫化合物和过渡金属化合物。目前厌氧胶最常用的促进剂是含氮有机化合物，主要是一些对过氧化物有还原能力的胺类，特别是叔胺类，如N，N-二甲基苯胺、乙二胺、N，N-二甲基对甲苯胺、三乙胺等［3］。但是胺类化合物促进剂含有很强烈的刺激性气味，这给车间投料带来了一定的困难，且不符合我国越来越高标准的环保要求。本文在过氧化月桂酰作为引发剂，对苯二酚作为稳定剂的基础上，研究了二茂铁、苯肼对比N，N-二甲基苯胺作为促进剂，且当w（引发剂）=3.0%，w（促进剂）=3.0%，w（对苯二酚）=0.04%时，厌氧胶各项性能如表4所示。

表4　不同促进剂对厌氧胶性能的影响Table 4　The effects of different accelerants on the performances of anaerobic adhesive

从表4可以看出，当使用N，N-二甲基苯胺和苯肼作为促进剂时，厌氧胶的固化速度、热贮稳定性、紧固扭矩各项性能都较好，但由于N，N-二甲基苯胺有强烈的刺激性气味，综合车间投料环境和环评考虑，最终选择苯肼作为厌氧胶的促进剂。

2.3苯肼用量对厌氧胶性能的影响

表5苯肼的用量对厌氧胶性能的影响Table 5 The effect of phenylhydrazine dosage on the performances of anaerobic adhesive

在其他条件不变的情况下，过氧化月桂酰的用量对厌氧胶性能影响见表5。

由表5可以看出，随着苯肼的用量的增大，厌氧胶的固化速度逐渐变快，但是其热贮稳定性和紧固扭矩都呈现先增后减的趋势。当苯肼用量w（苯肼）/%=3.0%时，厌氧胶各项性能指标综合来看达到了最佳值。

2.4稳定剂的种类对厌氧胶性能的影响

厌氧胶稳定剂通常都是采用能与游离的结合，从而使游离基失去活性的一类化合物，如苯酚类、多元酚类、醌类、胺类、复合酸等都是游离基聚合的阻聚剂。稳定剂能使厌氧胶长期稳定贮存，而又不影响其快速固化。稳定剂用量不多，但却对厌氧胶的稳定性有着至关重要的影响。本文在过氧化月桂酰作为引发剂、苯肼作为促进剂的基础上，且当w（引发剂）=3.0%，w（促进剂）=3.0%时，研究了对苯二酚、2，5-二苯基对苯醌对厌氧胶稳定性的影响，结果如图1所示。

图1　稳定剂对厌氧胶稳定性的影响Fig.1　The effect of stabilizers on the stability of anaerobic adhesive

由图1可知，对苯二酚的阻聚的效果优于2，5-二苯基对苯醌。胶液的稳定性随稳定剂的用量增加而明显增强，但当w（稳定剂）≥0.04%时稳定性增幅停止。考虑到稳定剂用量的增加会影响厌氧胶的固化速度，选择w（对苯二酚）=0.04%时较宜。

3结　论

在其他组分质量分数不变的情况下，选择过氧化月桂酰作为引发剂，苯肼作为促进剂，对苯二酚作为稳定剂，并当质量分数为w（过氧化月桂酰）/% =3.0，w（苯肼）/%=3.0，w（对苯二酚）/%=0.04时，可以制得一种较为环保安全、高强度的螺纹锁固胶。

［1]张振英，张玉龙，李长德，等.厌氧胶黏剂［M］.北京，化学化工出版社，2003：5.

［2]李会录，李晓佳，孙戎，等.影响螺纹锁固胶性能的因素研究［J］.中国胶黏剂，2011，20（4）：31～35.

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Study and Preparation of a Kind of Environment Friendly Thread Locking Anaerobic Adhesive

PENG Xiao-qin1，QIN Yan-long1，CHEN Bing-yao1，CHEN-Liang2and GUAN Zhi-tao3
（1.Guangdong Sanvo Holdings Ltd.，Zhongshan 528434，China；2.Guangdong Sanvo Chemical Technology Co.，Ltd.，Zhongshan 528434，China；3. Guangdong Fuvo Industrial Co.，Ltd.，Zhongshan 528434，China）

The effects of several different initiators，accelerants and stabilizers on the properties of thread locking anaerobic adhesive are studied，including the curing rate，thermal storage stability，the destruction torque and the average demolition torque.Taking into account the environment for production and increasingly strict standards of environmental protection，the lauroyl peroxide is selected as the initiator for anaerobic thread collarbone，the phenylhydrazine as an accelerant and the hydroquinone as a stabilizer.The results show that when the mass fraction of lauroyl peroxide，phenylhydrazine and hydroquinone is 3.0%，3.0%and 0.04%respectively，the overall performance of anaerobic achieve will be optimal.

Anaerobic thread locking adhesive；curing rate；stability；destruction torque；average demolition torque

TQ433.439

B

1001-0017（2016）02-0147-04

2015-12-21

彭小琴（1972-），女，甘肃皋兰人，工程师，主要从事免垫片胶和厌氧胶的研究。E-mail：1229910948@qq.com