環氧/多巰基型無色透明膠粘劑的研制

虞鑫海 王珂 陳吉偉 劉萬章

摘要：采用自制多巰基固化劑與E-51環氧樹脂制備了一種環氧/多巰基型無色透明膠粘劑，對其拉伸剪切強度、黏度、紫外-可見光透過率等性能進行了研究，并在相同條件下與使用進口固化劑的膠粘劑性能進行了對比。結果表明，隨著固化溫度升高，2種膠粘劑拉伸剪切強度均不斷提高，在固化溫度達到110 ℃時拉伸剪切強度均達到最大，隨后開始下降。隨溫度升高，2種膠粘劑黏度均不斷下降。紫外-可見光透過率的測試表明，固化溫度對進口膠粘劑的透明度影響很大，80 ℃透過率就明顯下降。固化溫度在80 ℃內，自制膠粘劑的紫外-可見光透過率變化不大。在此環氧體系中，使用自制固化劑的膠粘劑在耐溫性方面具有一定優勢。

關鍵詞：多巰基環氧膠粘劑；拉伸剪切強度；紫外-可見光透過率

中圖分類號：TQ433.4+37 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）01-0036-04

1 前言

環氧樹脂具有良好的力學性能、電氣性能和耐熱性能，作為膠粘劑使用時，固化劑對其性能影響顯著。針對光學儀器用或者其他要求光學透明的領域而開發的高透明環氧樹脂膠粘劑的研究成為21世紀以來一大科研熱點[1～5]。

硫醇是環氧固化劑的重要品種，配合環氧樹脂使用可制得無色透明快速固化環氧膠粘劑[6]。但是由于硫醇固化劑的生產工藝要求較高，目前該類固化劑主要依賴進口[7～12]。本文以E-51環氧樹脂為A組分樹脂粘料，以實驗室自制的多巰基化合物為固化劑，制得了一種環氧/多巰基型無色透明膠粘劑。在力學性能、黏度、光學性能等方面進行了研究，并在相同體系中與進口環氧/多巰基型膠粘劑進行了性能對比研究。

2 實驗部分

2.1 原料及儀器

季戊四醇、β-巰基丙酸，百靈威科技；多巰基固化劑，實驗室自制；E-51環氧樹脂，南亞化工股份有限公司；進口固化劑，聚硫醇與2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚的混合物。

XWW-20KN電子萬能試驗機，承德大華試驗機械有限公司；CAP2000+錐板黏度計，美國BROOKFIELD公司；WFZ UV-4802H型紫外可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司。

2.2 固化劑的合成

首先利用季戊四醇與β-巰基丙酸在一定溫度下加入催化劑、溶劑合成四巰基丙酸季戊四醇酯。然后利用E-51環氧樹脂對此多巰基化合物進行擴鏈，達到調整固化劑黏度，增強其與環氧樹脂相容性的目的。

2.3 膠粘劑的配制

T-61膠粘劑：E-51環氧樹脂與適量自制固化劑在燒杯內攪拌混合均勻。

J-13膠粘劑：E-51環氧樹脂與適量進口固化劑在燒杯內攪拌混合均勻。

2.5 性能測試

對T-61與J-13膠粘劑進行以下性能測試：

（1）拉伸剪切強度：根據國標GB/T 7124—1986，拉伸剪切強度試樣采用10.0 cm×2.4 cm×0.2 cm鋼片，單面搭接，搭接面長約12.50 mm。將試片經過表面處理后把膠粘劑均勻涂在試片上，然后將2試片疊合，根據固化工藝進行固化，之后把試片裝在拉力測試儀上以5 mm/min的恒定拉伸速度施加負荷，直到試片膠層破壞為止，根據式（1）計算剪切強度Rm。

Rm=P/S=P/（a×b） （1）

式中：P是破壞負荷；S是搭接面積，cm2；a，b分別是搭接面長和寬。搭接面積應根據每對試片破壞后，實際測量的數值進行計算，精確到0.1 cm2。

（2）黏度：采用錐板黏度計測試不同溫度下固化劑的黏度變化（錐板黏度計換用轉子前在60 ℃下由相應硅油標定）。轉速：56 r/min；轉子型號：3號；溫度范圍：50～100 ℃；升溫速率：5 ℃/30 s。

（3）紫外-可見光透過率：采用紫外可見分光光度計測試。

3 結果與討論

3.1 力學性能研究

分別用2組環氧膠粘劑以上文介紹的方法粘貼成鋼試片，放在一定溫度的烘箱中固化30 min，之后取出室溫靜置4.5 h，利用電子萬能試驗機分別測試T-61與J-13膠粘劑的拉伸剪切強度，結果如表1所示。

由實驗結果可知，T-61、J-13膠粘劑均在110 ℃分別達到24.35 MPa與24.75 MPa的最大拉伸剪切強度，之后下降。在大部分溫度下，T-61膠粘劑拉伸剪切強度高于J-13膠粘劑。實際使用過程中可以根據自身情況選擇固化溫度。在一定溫度范圍內，隨著固化溫度的升高，膠粘劑的拉伸剪切強度不斷增大，當到達一定溫度，繼續升高溫度拉伸剪切強度反而下降。這是因為：在一定溫度范圍內，溫度的升高促進巰基與環氧基團的反應，使固化程度更加徹底，拉伸剪切強度提高。然而，環氧樹脂膠粘劑的熱氧化穩定性以及固化物的熱變形溫度限制了其固化溫度的最大值。而且高溫固化產物更容易產生內應力，影響固化物的力學性能。因此過高的固化溫度會導致拉伸剪切強度降低[10～15]。

3.2 黏度研究

由于環氧/多巰基型膠粘劑在較高溫度下固化時間極短，難以測量黏度。所以本文僅測量了固化劑的黏度。

可以看出隨著溫度的升高，2種固化劑的黏度不斷減小；相同溫度下，自制固化劑黏度大于進口固化劑。實際應用時可根據不同需要改變自制固化劑配方調整黏度。

3.3 光學性能研究

采用紫外可見分光光度計測量均勻涂抹膠粘劑的透明載玻片紫外-可見光透過率，實驗結果見圖1、2及表3、4。

由實驗結果可知，在溫度較低下J-13膠粘劑透光率略高于T-61膠粘劑。但是隨著溫度增高，T-61膠粘劑的透光率較高。在80 ℃以內，溫度對J-13膠粘劑影響非常大，而對T-61膠粘劑影響甚微。原因是：2種膠粘劑采用的胺類促進劑在高溫下容易發黃，同時降低膠粘劑的透明度。與J-13相比，T-61采用的是復合促進劑，在胺類促進劑存在的條件下同時加入脒類促進劑，大大減少了胺類促進劑用量，使得T-61膠粘劑即使在溫度較高的條件下仍不發生黃變，并且保持較高的可見光透過率。

類促進劑存在的條件下同時加入脒類促進劑，大大減少了胺類促進劑用量，使得T-61膠粘劑即使在溫度較高的條件下仍不發生黃變，并且保持較高的可見光透過率。

4 結論

（1）T-61膠粘劑的拉伸剪切強度在110 ℃的固化溫度下達到最大值24.35 MPa。在大部分溫度下，T-61膠粘劑拉伸剪切強度高于J-13膠粘劑。

（2）隨著溫度上升，2種固化劑的黏度不斷減小，自制固化劑黏度要大于進口固化劑。

（3）隨著溫度增高，T-61膠粘劑在透光率方面展現出優勢，溫度對J-13膠粘劑紫外-可見光透過率的影響明顯，在80 ℃以內對T-61膠粘劑幾乎沒有影響。

（4）T-61膠粘劑的耐溫性比J-13膠粘劑優異。

參考文獻

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