基于空間設計的5089結構膠改性制備與應用策略研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.016

摘 要：基于環境空間設計需要，對空間設計用5089膠粘劑進行了改性處理，對比分析了3種不同改性膠粘劑的動態熱機械分析曲線和玻璃化轉變溫度-固化溫度關系曲線。結果表明，與改性膠粘劑A相比，相同固化溫度下改性膠粘劑B和改性膠粘劑C的儲能模量都相對較高，且在固化溫度為100～130 ℃時，改性膠粘劑A、改性膠粘劑B和改性膠粘劑C都兼具彈性和粘性；耐熱性從高至低順序依次為改性膠粘劑B、改性膠粘劑C、改性膠粘劑A，且改性膠粘劑B在固化溫度100、110和130 ℃時的玻璃化轉變溫度都高于原始5089膠粘劑，表明改性膠粘劑B在此溫度下的膠接接頭耐熱性能都優于原始5089膠粘劑。

關鍵詞：環境空間設計；膠粘劑；改性；動態熱機械分析曲線；耐熱性能

中圖分類號：TQ436⁺.2" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0058-04

Research on the preparation and application strategy of 5089 structural adhesive modification based on spatial design

XIE Lei，KONG Yingqi，DI Suli

（Wenzhou Business College，Wenzhou 325035，Zhejiang China）

Abstract：Based on the needs of environmental space design，5089 adhesives for space design were modified，and the dynamic thermal mechanical analysis curves and glass transition temperature curing temperature relationship curves of three different modified adhesives were compared and analyzed.The results showed that compared with modified adhesive A，the energy storage modulus of modified adhesive B and modified adhesive C were relatively higher at the same curing temperature，and when the curing temperature was between 100 ℃ and 130 ℃，modified adhesive A，modified adhesive B and modified adhesive C all had elasticity and viscosity；The order of heat resistance of modified adhesives from high to low was：modified adhesive B，modified adhesive C and modified adhesive A，and the glass transition temperature of modified adhesive B at curing temperatures of 100 ℃，110 ℃，and 130 ℃ was higher than that of the original 5089 adhesive，indicating that the heat resistance of adhesive joints of modified adhesive B at this temperature was better than that of the original 5089 adhesive.

Key words：environmental space design；adhesive；modification；dynamic thermal mechanical analysis curve；heat resistance

膠粘劑作為環境空間設計中必不可少的膠粘劑材料^[1]，且相對于傳統連接方式有許多無可比擬的優勢，如成本低、污染少等^[2]，因此，在現代環境空間設計中應用已越來越廣泛。雖然目前市面上的結構膠粘劑的品種較多，但是大多都是應用于常溫固化的膠粘劑，而當空間設計中涉及到高溫的場所，使用常規膠粘劑往往會出現粘接接頭在較大熱應力下脫粘、翹曲等問題，這主要與膠粘劑的熱穩定性以及耐熱性能較差有關^[3-5]。因此，基于環境空間設計需要，對空間設計用5089膠粘劑進行了改性處理，對比分析了3種不同改性膠粘劑的動態熱機械分析曲線和玻璃化轉變溫度-固化溫度關系曲線，并分析了基于環境空間設計的膠粘劑應用策略，結果將有助于基于環境空間設計的膠粘劑的開發，并推動其更廣泛的應用。

1"試驗材料與方法

1.1"試驗材料

試驗材料包括熱固性環氧樹脂結構膠5089膠粘劑（粘性流體，抗拉強度大于30 MPa，楊氏模量大于1 400 MPa），市售固化劑C1（液體，純度97%）和固化劑C2（液體，純度97%）、市售固化促進劑CA1（粉體，純度98%）和固化促進劑CA2（塊狀固體，純度97%）。

1.2"試樣制備

制備了3種改性膠粘劑，分別為4.0%C1+1.0%CA1+5089（膠粘劑A）、2.5%C2+4.0%CA2+5089（膠粘劑A）和2.5%C2+4.0%CA2+5089（膠粘劑C）。在制備過程中，首先將固化劑與促進劑混合均勻后，再與原始5089膠粘劑混合，攪拌均勻后，在設備的固化溫度（100～130 ℃）和固化時間（20 min）下進行固化處理。5089膠粘劑的固化溫度為177 ℃，固化時間為20 min。

1.3"測試方法

采用DMA-242E型動態熱機械分析儀對原始5089膠粘劑和改性膠粘劑進行動態熱機械分析，分別測試儲能模量、損耗模量和損耗因子隨固化溫度的變化曲線^[6]。

2"結果與分析

2.1"改性膠粘劑A的動態熱機械分析

圖1為改性膠粘劑A的動態熱機械分析曲線。

由圖1可知，改性膠粘劑的固化溫度為100～130 ℃、固化時間為20 min;5089膠粘劑的固化溫度為177 ℃、固化時間為20 min，測試過程中保證頻率都為1 Hz。對比分析可知，無論是原始5089膠粘劑還是改性膠粘劑A，儲能模量都會隨著固化溫度升高逐漸降低，在相同固化溫度下，改性膠粘劑A的儲能模量低于原始5089膠粘劑，且固化溫度越高則相同固化溫度下改性膠粘劑A的儲能模量越大；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑A的損耗模量都會表現為先升高后急劇降低的趨勢，且改性膠粘劑A在較低的溫度下就開始到達損耗模量峰值；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑A的損耗因子都表現為先升高后降低的趨勢，且與損耗模量相似的是，改性膠粘劑A在較低的溫度下就開始到達損耗因子峰值，且其峰形更加對稱。從損耗模量-固化溫度和損耗因子-固化溫度曲線可知，曲線中都可見一定幅度的弛豫峰，表明改性膠粘劑A仍然兼具彈性和粘性^[7-8]，且固化溫度越高，室溫儲能模量越大，固化程度越高，相應地在制備粘接接頭時其膠接強度會更高^[9-10]。

由圖2可知，隨著固化溫度從100 ℃上升至130 ℃，改性膠粘劑A的玻璃化轉變溫度表現為先基本保持不變，而后逐漸升高的趨勢，在固化溫度為110 ℃及以下時，改性膠粘劑A的玻璃化轉變溫度低于80 ℃，改性膠粘劑A的玻璃化轉變溫度會隨著固化溫度升高而增大，這表明固化溫度升高會提高改性膠粘劑A的耐熱性^[11]；不同固化溫度下改性膠粘劑A的玻璃化轉變溫度都低于原始5089膠粘劑，這也說明改性膠粘劑A的膠接接頭的耐熱性能會低于原始5089膠粘劑膠接接頭。

2.2"改性膠粘劑B的動態熱機械分析

圖3為改性膠粘劑B的動態熱機械分析曲線。改性膠粘劑的固化溫度為100～130 ℃、固化時間為20 min；5089膠粘劑的固化溫度為177 ℃、固化時間為20 min，測試過程中保證頻率都為1 Hz。

由圖3可知，無論是原始5089膠粘劑還是改性膠粘劑B，儲能模量都會隨著固化溫度升高逐漸降低，且改性膠粘劑B的儲能模量-固化溫度曲線與原始5089膠粘劑相似；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑B的損耗模量都會表現為先升高后急劇降低的趨勢，且改性膠粘劑B達損耗模量峰值時的固化溫度與原始5089膠粘劑相當；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑B的損耗因子都表現為先升高后降低的趨勢，且與損耗模量相似的是，改性膠粘劑B達損耗因子峰值時的固化溫度與原始5089膠粘劑相當。此外，與改性膠粘劑A相比，相同固化溫度下改性膠粘劑B的儲能模量都相對較高，表明改性膠粘劑B在相同固化溫度下的膠體分子交聯密度更高、固化程度更高。

由圖4可知，隨著固化溫度從100 ℃上升至130 ℃，改性膠粘劑B的玻璃化轉變溫度表現為先降低后升高的趨勢，在固化溫度為120 ℃時，改性膠粘劑B的玻璃化轉變溫度最低。與原始5089膠粘劑相比，改性膠粘劑B在固化溫度100、110和130 ℃時的玻璃化轉變溫度都較高，表明改性膠粘劑B在此溫度下的膠接接頭耐熱性能都優于原始5089膠粘劑。

2.3"改性膠粘劑C的動態熱機械分析

圖5為改性膠粘劑C的動態熱機械分析曲線。改性膠粘劑的固化溫度為100～130 ℃、固化時間為20 min，5089膠粘劑的固化溫度為177 ℃、固化時間為20 min，測試過程中保證頻率都為1 Hz。

由圖5可知，對比分析可知，無論是原始5089膠粘劑還是改性膠粘劑C，儲能模量都會隨著固化溫度升高逐漸降低，且改性膠粘劑C的儲能模量-固化溫度曲線與原始5089膠粘劑相似；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑的損耗模量先升高后急劇降低，而改性膠粘劑C的損耗模量都表現為逐漸降低的趨勢，在相同固化溫度下，改性膠粘劑C的損耗模量都高于原始5089膠粘劑，且損耗模量從高至低順序依次為120 ℃、130 ℃、110 ℃、100 ℃。隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑C的損耗因子都表現為先升高后降低的趨勢，且與損耗模量相似的是，改性膠粘劑C達損耗因子峰值時的固化溫度與原始5089膠粘劑相當。此外，與改性膠粘劑A相比，相同固化溫度下改性膠粘劑C的儲能模量都相對較高，表明改性膠粘劑C在相同固化溫度下的膠體分子交聯密度更高、固化程度更高^[12]。

圖6為改性膠粘劑C的玻璃化轉變溫度與固化溫度關系曲線。

由圖6可知，隨著固化溫度從100 ℃上升至130 ℃，改性膠粘劑C的玻璃化轉變溫度逐漸減小；除固化溫度為100 ℃時，改性膠粘劑C的玻璃化轉變溫度與原始5089膠粘劑相當外，其余固化溫度下改性膠粘劑C的玻璃化轉變溫度都相對原始5089膠粘劑更低，表明改性膠粘劑C在固化溫度110～130 ℃時的膠接接頭耐熱性能都不如原始5089膠粘劑。

2.4"應用策略

從基于環境空間設計角度出發，要想應用于空間設計的膠粘劑既具有良好的彈性和粘性，又具有能夠承受一定溫度的能力，就需要膠粘劑具有較高的玻璃化轉變溫度^[13-15]，以適應高溫作用，因此從應用策略角度，優選具有更高玻璃化轉變溫度的膠粘劑，即相應地膠接接頭的耐熱性能較好^[16]。整體而言，如果要兼具彈性、粘性和耐熱性能，選擇改性膠粘劑B為環境空間設計用膠粘劑，是適宜的應用策略。

3"結語

（1）在相同固化溫度下，改性膠粘劑A的儲能模量低于原始5089膠粘劑，且固化溫度越高則相同固化溫度下改性膠粘劑A的儲能模量越大；隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑和改性膠粘劑A的損耗模量都會表現為先升高后急劇降低的趨勢;

（2）與改性膠粘劑A相比，相同固化溫度下改性膠粘劑B的儲能模量都相對較高，表明改性膠粘劑B在相同固化溫度下的膠體分子交聯密度更高、固化程度更高;

（3）隨著固化溫度升高，原始5089膠粘劑的損耗模量先升高后急劇降低，而改性膠粘劑C的損耗模量都表現為逐漸降低的趨勢，在相同固化溫度下，改性膠粘劑C的損耗模量都高于原始5089膠粘劑，且損耗模量從高至低順序依次為120 ℃、130 ℃、110 ℃、100℃。

【參考文獻】

[1]張愛萍.水性聚氨酯膠粘劑國內研究進展[J].天津化工，2022，36（6）：13-16.

[2]李曉雷，包春連，凌欽才.單官能化改性環氧樹脂及其在UV固化膠粘劑中的應用[J].粘接，2019，40（5）：139-143.

[3]肖歡，王英，孫榮輝，等.聚氨酯對羽毛球用環氧樹脂膠粘劑的影響[J].粘接，2023，50（1）：19-23.

[4]李栓，張寶艷，張思，等.酚醛環氧樹脂改性環氧膠粘劑的耐熱性能研究[J].化工新型材料，2023，51（1）：272-275.

[5]高星，王剛，劉曉輝，等.多環氧基腰果酚縮水甘油醚改性環氧樹脂粘接性能研究[J].化學與粘合，2020，42（6）：437-440.

[6]陳澤明，寧志強，曹先啟，等.無機填料對環氧樹脂膠粘劑的粘接性能的影響[J].化學與粘合，2020，42（2）：96-98.

[7]孟水堯.一種改性的高性能聚氨酯膠粘劑制備及性能優勢分析[J].粘接，2023，50（1）：33-36.

[8]張頎，何智.聚氨酯對羽毛球器械用環氧樹脂膠粘劑性能的影響[J].粘接，2022，49（7）：32-35.

[9]趙升龍，劉清方，梁濱，等.一種可常溫固化的高強高韌環氧膠粘劑的研制[J].粘接，2021，45（2）：13-15.

[10]王磊，趙毅磊，劉野，等.汽車銅部件粘接用改性環氧樹脂膠粘劑研究[J].化學與粘合，2022，44（4）：313-316.

[11]胡生祥，曹興園，吳歡，等.中溫固化的單組分環氧膠粘劑的制備與性能研究[J].化學與粘合，2022，44（1）：51-53.

[12]ALI A，AZIZ T，ZHENG J Y，et al.Modification of cellulose nanocrystals with 2-carboxyethyl acrylate in the presence of epoxy pesin for enhancing its adhesive properties[J].frontiers in bioengineering and biotechnology，2022（9）：797672-797681.

[13]LUO X，LI Y，SUN Z Y，et al.Preparation and research of epoxy modified by carboxyl-terminated polybutylene adipate at room temperature.[J].RSC advances，2022，12（32）：20471-20480.

[14]黃家峰，蔣寅，顧志偉，等.雙官腰果酚縮水甘油醚改性E-51環氧膠粘劑[J].熱固性樹脂，2022，37（3）：27-31.

[15]呂強.環氧樹脂建筑結構膠粘劑的性能研究[J].粘接，2020，41（4）：16-20.

[16]WANG L L，LI X S，SHEN J A，et al.Aging Characterizations of Modified Asphalt Binders Based on Low Field Nuclear Magnetic Resonance （LF-NMR）[J].Materials，2022，15（22） ：8224-8230.

收稿日期：2023-09-07；修回日期：2023-12-06

作者簡介：謝"蕾（1995-），女，碩士，助教，研究方向：環境設計與材料科學;E-mail：xlei02xl@126.com。

引文格式：謝"蕾，孔英琪，遆素麗.基于空間設計的5089結構膠改性制備與應用策略研究.[J].粘接，2024，51（2）：58-61.