觸變型雙組分丙烯酸酯膠粘劑的力學性能研究

劉蘇宇，韓勝利，張浩軍

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽 441057）

隨著工業技術的發展，丙烯酸酯膠粘劑也隨之更新換代。越來越多的工業領域開始使用新型產品代替早期的流淌型丙烯酸酯膠粘劑。新型高性能丙烯酸酯膠粘劑為觸變型膏狀產品，具有更好的力學、耐疲勞和耐候等特性，同時氣味也更低[1，2]。本研究重點介紹了新型丙烯酸酯膠粘劑的耐候性和耐疲勞性等特點，并對比了2組分在不同比例條件下產品性能的差異。

1 實驗部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丁腈橡膠（NBR）、氯磺化聚乙烯（CSM）、甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、鄰苯二甲酸二丁酯、過氧類引發劑、胺類促進劑、阻聚劑、增韌助劑、耐溫助劑，工業級，市售。

1.2 制備方法

1.2.1 甲組分的制備

（1）將NBR在開煉機上塑煉，薄通10次后出片，備用。

（2）將MMA、NBR、HEMA和增韌助劑等按配比投入到反應釜中，通冷卻水，攪拌至NBR完全溶解。

（3）加入胺類促進劑攪拌均勻待用。

1.2.2 乙組分的制備

（1）將MMA、CSM、HEMA、耐溫助劑和阻聚劑等按配比投入到反應釜中，通冷卻水，攪拌至NBR完全溶解。

（2）加入MAA、引發劑攪拌均勻。

1.2.3 試片的制備

將25 mm×80 mm×2 mm的鍍鋅鋼板用有機溶劑進行清洗表面并晾干。將甲、乙組分按體積比為1∶1進行混合均勻，刮涂在鍍鋅鋼板表面，搭接并用模具固定，室溫固化24 h。

1.3 性能測試

（1）拉伸剪切強度：按照GB/T 7124—1986《膠粘劑拉伸剪切強度測定方法（金屬對金屬）》標準，采用萬能電子拉力機進行測試。

（2）剝離強度：按照GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強度的試驗方法》，采用萬能電子拉力機進行測試。

2 結果與討論

2.1 不同混合比例對丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響

2組分不同混合比例對丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響如圖1所示。

圖1 不同混合比例對丙烯酸酯膠耐疲勞性能的影響Fig.1 Effect of component mixing ratio on fatigue resistance of acrylic adhesive

由圖1可知：隨著2組分混合比例的變化，抗震動疲勞次數逐漸降低，在相對最佳比例時，可抗震動次數超過600萬次，而當V（甲）∶V（乙）=1∶5時，可抗震動次數已低于200萬次，超出了軌道交通及常規公路運輸行業的最低標準要求。由于產品中添加了增韌助劑，使體系具有相對較好的柔韌性，保證了產品在高速震動過程中具有較好的強度。不同的混合比例將影響增韌劑在體系中的含量，當混合比例高于1∶1時，即甲組分含量小于50%時，體系中增韌劑含量不足，會導致產品固化后的交聯網狀體系中無法有效填充，在內外應力作用下，從體系內部出現應力傷痕，從而導致耐疲勞性能的降低；當混合比例低于1∶1時，即甲組分含量高于50%時，體系中增韌劑含量過多，超量的增韌劑在體系中呈游離狀態，產生假性內增塑作用，從而導致產品整體聚合強度的降低，最終表現為疲勞性能的下降；因此混合比例為1∶1，是最佳混合比。

2.2 不同混合比例對冷、熱沖擊老化后剝離強度的影響

2組分不同混合比例對冷、熱沖擊老化后剝離強度的影響如圖2所示。

圖2 不同混合比例與冷、熱沖擊老化后剝離強度的影響Fig.2 Effect of component mixing ratio on peeling strength after thermal shock aging

由圖2可知：當V（甲）∶V（乙）=1∶1時，老化后的剝離強度超過了9 N/25 mm，為9.2 N/25 mm。冷、熱沖擊循環老化條件為-40 ℃至80 ℃的循環老化，共80個循環周期，主旨在考驗產品的玻璃化轉變溫度（Tg）是否能夠滿足要求。不同的混合比例會導致產品中物質比例發生變化，從而導致體系的Tg發 生變化，進而老化后強度隨之發生變化。所以1∶1的體積比為相對最佳的混合比例。

2.3 不同混合比例對高溫、高濕老化后剝離強度的影響

不同混合比例對高溫、高濕老化后剝離強度的影響如圖3所示。

圖3 不同混合比例與高溫、高濕老化后剪切強度的影響Fig.3 Effect of component mixing ratio on peeling strength after high temperature and high humidity aging

由圖3可知：經過高溫、高濕老化后，剝離強度有了明顯的降低，1∶1體積比混合的產品衰減率相對最少，為20.8%，4∶1體積比混合的產品衰減率達到了59%。這說明，1∶1的體積混合比在經過高溫、高濕老化后，剝離強度仍有7.6 N/25 mm，具有相對最佳的強度保持率。這是由于產品中使用了新型的耐溫樹脂，這種樹脂能夠有效提高產品的交聯密度，提升了相對分子質量，從而使高溫老化后的強度相對較好[3～5]。

3 結論

隨著雙組分混合比例發生變化，反應體系中氧化還原劑的用量及比例也隨之發生變化；當體系內氧化劑或還原劑的用量不足時，會導致全反應體系的反應速率及轉化率的降低，造成產品固化后的交聯密度大幅下降，外觀表現為膠體本體強度的下降，從而使各項力學性能出現衰減。新型的丙烯酸酯結構膠，精確控制了混合比例，從而取得了相對最佳的力學性能。在新氧化還原體系和性能助劑的參與下，高溫、高濕老化后的剝離強度為7.6 N/25 mm，強度保持率為20.8%；冷、熱沖擊老化剝離強度為9.2 N/25 mm；在60 Hz、40%載荷條件下震動，其可耐受次數大于600萬次；2組分的體積比為1∶1時，性能相對最佳。

[1]侯一斌,陸企亭.丙烯酸酯膠粘劑的發展概況[J].粘接,2007,28(5):36-40.

[2]周建文,羅軍.新型第二代丙烯酸酯結構膠[J].粘接,2000,21(4):19-21.

[3]陳雨玲,伍玉嬌,蒙日亮.PP/PA6/APP/OMMT復合材料的濕熱老化性能研究[J].工程塑料應用.2010,38(10):68-72.

[4]房成宗,雅君.丙烯酸乳液壓敏膠剝離強度的改性研究[A]//中國國際粘接技術大會[C].2016.

[5]張緒剛,薛剛,趙明,等.核-殼粒子和液體橡膠增韌環氧膠粘劑的研究[J].粘接,2014,35(4):40-43.