不同固化剂对筘胶粘剂性能的影响

2018-06-12孙思薇

纺织器材 2018年3期

李　冰，孙思薇

(陕西纺织器材研究所，陕西咸阳　712000)

0　引言

钢筘是无梭织机的核心器材，织造成品的质量、生产效率和生产成本均受钢筘质量的影响[1]。在无梭织机用筘制造过程中，需要用胶粘剂将筘片(筘齿)、筘梁及扎丝牢固粘结在一起，以保证筘的性能及使用过程的稳定性。因此，筘胶粘剂需要良好的粘接性、韧性、可操作性等，其品质直接影响着筘的各项性能和使用寿命[2]。

筘胶粘剂多为室温固化环氧树脂胶粘剂。环氧树脂(EP)具有优异的机械强度、稳定的化学性能、粘接性能和良好的加工性等，是应用广泛的胶粘剂种类之一[3]。环氧树脂属于热塑性树脂，必须加入固化剂，在一定条件下聚合反应生成三维网络结构的固化物后才能使用。因此，固化剂性能直接影响环氧树脂胶粘剂的工艺性及固化产物的最终性能[4]。笔者对几种常用固化剂进行性能研究，以期为高强高韧环氧树脂筘胶粘剂的开发提供理论基础。

1　实验

1.1　材料与仪器

材料：工业用双酚A环氧树脂E-51，环氧当量为196 g/mol；选用的工业用固化剂类型、活泼氢当量以及粘度性能如表1所示。

表1不同类型固化剂性能比较

固化剂型号固化剂类型活泼氢当量/(g·eq-1)粘度(25 ℃)/(mPa·s)5773改性脂肪胺491091618改性脂环胺116180D-400低分子聚醚胺11522651低分子聚酰胺986640T-31改性多元胺781170

仪器：NDJ-8s型旋转粘度计；CMT7000型电子式万能试验机；CBL-11J型冲击试验机；LX-D型邵氏硬度计。

1.2　实验方法

按照胺类固化剂中活泼氢与环氧树脂中环氧基摩尔比为0.8∶1、1∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1，称取一定量的环氧树脂和不同类型固化剂，分别制备主剂A胶和固化剂B胶，之后在室温条件下充分混合，测定其固化后的胶粘剂性能。

1.3　测试方法和标准

1.3.1拉伸剪切强度

拉伸剪切强度测试，应按照GB/T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》的要求制备标准试样，并在拉伸速率为(5±1) mm/min、粘接面积为25 mm×10 mm条件下进行测试[5]。

1.3.2冲击强度

冲击强度应按照GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能试验方法》的要求制备标准的Ⅱ型小试样，在冲击速度为2.9 m/s条件下进行测试[6]。

1.3.3胶化时间

称取0.5 g ～1.0 g胶粘剂试样放在加热板上，在温度为120 ℃条件下测定其胶化时间。用搅拌器以小圆圈运动方式搅拌熔化物料，开始变稠时，在保持搅拌的同时，每隔2 s将搅拌器由熔化物中提高约10 mm并进行观测。若提高时形成的拉丝变脆以至断裂且不能再由熔化物中拉成丝状时，则停止计时并记录时间(精确至1 s)，这个时间为该试样的胶化时间，亦为固化速度。

1.3.4硬度

测试硬度应按照GB/T 2411—2008《塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》的要求制备标准试样，并采用D型邵氏硬度计压针，平行测试6个点取平均值[7]。

2　测试结果分析

2.1　粘接强度

表2为不同固化剂胶粘剂的拉伸剪切强度指标对比。

表2　不同固化剂胶粘剂的拉伸剪切强度单位：MPa

由表2可知，随着固化剂中活泼氢与环氧树脂中环氧基摩尔比的增大，不同类型固化剂的胶粘剂拉伸剪切强度均表现出先增长后降低的变化趋势，这说明胶粘剂的粘接强度与固化剂中活泼氢的含量相关，在一定范围内粘接强度随着活泼氢含量的增加而增大，且活泼氢与环氧树脂摩尔比大于1.2∶1之后开始趋于稳定。这是因为固化反应由氨基和环氧基在体系中不断交联反应，最终形成体型大分子而固化。由于固化剂中的胺类物质在储存、运输、操作及使用过程中易挥发，因而需要比理论计算更多量的固化剂参与反应以确保固化反应完全；但固化剂含量过多时，固化反应速率增加，固化时急剧释放热量高，内应力增大，胶粘剂体系粘接强度降低。

在活泼氢和环氧基相同配比下，固化剂T-31属于改性多元胺，单位体积内氨含量较高，且分子结构中含有长链，与环氧树脂固化反应后，胶粘剂体系交联网络空隙适中，综合性能较优；固化剂D-400和1618属于二元胺，且分子链较长，固化后胶粘剂拉伸剪切强度低于使用固化剂T-31的胶粘剂；固化剂5773为改性脂肪胺，分子小，单位体积氨含量较高，固化反应速率快，会出现急剧放热现象，产生内应力，使胶粘剂体系粘接强度减小；使用固化剂651的胶粘剂粘接强度最小。

2.2　韧性

表3为不同固化剂胶粘剂的冲击强度指标对比。

表3　不同固化剂胶粘剂的冲击强度单位：kJ/m2

由表3可知，随着固化剂中活泼氢与环氧树脂中环氧基摩尔比增大，固化剂对胶粘剂韧性的影响也呈先增长后变低的趋势。这表明在一定范围内固化剂的增多，可促使反应完全进行，但固化剂加入量太多，会使胶粘剂的韧性下降。

在活泼氢和环氧基相同配比下，不同类型的固化剂冲击强度相差较大：使用固化剂D-400、1618和651的胶粘剂，冲击强度较高，韧性佳，这是因为聚醚胺、改性脂环胺和聚酰胺属于分子链较长的固化剂，填充在环氧树脂体系中时能和环氧树脂形成紧密、疏松相间的两相网络结构，提高了交联网链的活力，有利于应力分散，使抗冲击性能提高，体系韧性增加；固化剂T-31属于改性多元胺，交联程度较紧密，胶粘剂韧脆性增加；固化剂5773为改性脂肪胺，分子较小，单位交联密度大，固化放热量大，固化产物脆性较大，不耐冲击，韧性较差。

2.3　固化速度

表4为120℃时不同固化剂胶粘剂的固化速度对比。

表4　120 ℃时不同固化剂胶粘剂的固化速度单位：s

2.4　硬度

对不同固化剂环氧树脂的体系硬度进行测试，结果见表5。

表5　不同固化剂胶粘剂的邵尔D硬度单位：度

对比发现固化剂类型和含量对固化环氧树脂体系的硬度影响不明显，其邵尔D硬度均约为80度。因为胶粘剂体系主剂采用的双酚A型环氧树脂E-51，由双酚A与环氧氯丙烷缩聚反应生成，分子量较小、分子链短、刚性基团数量较多、基体硬度高，因此环氧树脂固化后的硬度由环氧树脂的结构和性能决定，与固化剂无关。D-400属于柔性固化剂，当活泼氢含量高时，交联密度减小，同时固化树脂中的刚性基团含量显著降低，因此，固化树脂硬度随着用量的提高而变小；而其他4种固化剂种类及用量对环氧树脂的交联密度和刚性影响不明显，因此硬度基本未变。