盧冬子
(陜西紡織器材研究所,陜西 咸陽(yáng) 712000)
環(huán)氧樹脂膠粘劑(俗稱AB膠水)在織機(jī)用筘的制造中,雖使用的分量很少,但其增韌效果對(duì)于總寬為2.5 m及以上的筘起著關(guān)鍵作用[1-2]。
陜西紡織器材研究所自20世紀(jì)80年代起,一直致力于環(huán)氧樹脂膠粘劑的研發(fā)、實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn),積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)其研究發(fā)現(xiàn),環(huán)氧樹脂是連續(xù)相,橡膠沉淀是分散相,當(dāng)采用端羧基液體丁腈橡膠(CTBN)做增韌劑時(shí),其活性官能團(tuán)分布于分子鏈兩端(可形象地稱為“遙爪聚合物”),在催化劑作用下羧基和環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng),在環(huán)氧樹脂的交聯(lián)結(jié)構(gòu)中鑲嵌丁腈共聚物鏈段,從而達(dá)到良好的增韌效果,而且端羧基液體丁腈橡膠對(duì)環(huán)氧樹脂的增韌作用優(yōu)于無規(guī)則液體丁腈共聚物。
表1是兩種丁腈橡膠增韌環(huán)氧樹脂膠粘劑的性能指標(biāo)對(duì)比[3]。
表1 兩種丁腈橡膠增韌環(huán)氧樹脂膠粘劑的性能指標(biāo)對(duì)比
項(xiàng)目端羧基丁腈橡膠無規(guī)則羧基丁腈橡膠用量(質(zhì)量)/%2515剪切強(qiáng)度(室溫)/MPa29.926.8不均勻扯離強(qiáng)度/MPa5027T型剝離強(qiáng)度/MPa2.0~2.5/雙搭接試片極限剪切強(qiáng)度/MPa35.733.9疲勞壽命/次2.4×1055.5×104
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),具有反應(yīng)活性的端羧基液體丁腈橡膠在膠粘劑中進(jìn)行固化時(shí),存在2種反應(yīng):環(huán)氧樹脂在固化劑作用下的固化反應(yīng)和端羧基液體丁腈橡膠與環(huán)氧樹脂的嵌段反應(yīng)。因端羧基液體丁腈橡膠與環(huán)氧樹脂不能完全相溶,所以隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行,端羧基液體丁腈橡膠會(huì)沉析出來,進(jìn)而和環(huán)氧樹脂形成分相。在環(huán)氧樹脂膠粘劑中,連續(xù)相即環(huán)氧樹脂是主體,分散相即端羧基液體丁腈橡膠,且以微分散相的結(jié)構(gòu)存在于固化的環(huán)氧樹脂體系中,稱之為“海島結(jié)構(gòu)”。其中,海結(jié)構(gòu)是環(huán)氧樹脂,島結(jié)構(gòu)是端羧基液體丁腈橡膠粒子,如圖1所示。
圖1 海島結(jié)構(gòu)示意
實(shí)際生產(chǎn)中,除考慮如何獲得理想的粘接力學(xué)性能外,還要考慮端羧基液體丁腈橡膠與環(huán)氧樹脂的反應(yīng),以及環(huán)氧樹脂本身固化反應(yīng)時(shí)兩者之間的相互協(xié)調(diào)作用。若環(huán)氧樹脂與端羧基液體丁腈橡膠的反應(yīng)速度大幅低于環(huán)氧樹脂完全固化的速度,則會(huì)使環(huán)氧樹脂與端羧基液體丁腈橡膠缺乏足夠的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間,進(jìn)而導(dǎo)致相容性變差。
為了提升這兩種反應(yīng)的協(xié)調(diào)性,筆者對(duì)環(huán)氧樹脂與端羧基液體丁腈橡膠進(jìn)行預(yù)反應(yīng):先將環(huán)氧樹脂與端羧基液體丁腈橡膠保持溫度恒定,按照合理配方要求且在催化劑存在的條件下進(jìn)行預(yù)反應(yīng),制成含部分端羧基液體丁腈橡膠嵌段鏈的環(huán)氧樹脂預(yù)聚物,再加入固化劑及其它助劑進(jìn)行固化反應(yīng)。這種預(yù)反應(yīng)物不僅可以降低固化溫度,還能縮短固化時(shí)間,可滿足制筘用戶當(dāng)天下午注膠、第二天早上固化后送貨的要求。
端羧基液體丁腈橡膠對(duì)環(huán)氧樹脂的增韌效果具有以下3個(gè)特征。
a) 從化學(xué)角度看,端羧基液體丁腈橡膠的分子鏈兩端應(yīng)有2個(gè)活性基團(tuán),并有與環(huán)氧樹脂相匹配的腈基含量,和環(huán)氧樹脂互溶并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),嵌段在環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中。
b) 從結(jié)構(gòu)形態(tài)看,隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行,端羧基液體丁腈橡膠從環(huán)氧樹脂體系中逐漸沉析出來,形成以環(huán)氧樹脂為連續(xù)相、橡膠粒子為分散相的結(jié)構(gòu)(即海島結(jié)構(gòu)),橡膠沉析粒子具有一定形狀和大小,并且分布均勻。
c) 從熱機(jī)理性能看,增韌后的環(huán)氧樹脂對(duì)不同速度的外加作用力,都有良好的抗沖擊、抗開裂性能,并且體系熱變形溫度在增韌前后保持不變或變化很小。
4.1采用端羧基液體丁腈橡膠(CTBN)增韌環(huán)氧樹脂膠粘劑,并使環(huán)氧樹脂與丁腈橡膠進(jìn)行預(yù)反應(yīng),增韌效果良好,疲勞壽命可達(dá)24萬次。
4.2在實(shí)際生產(chǎn)操作中,要特別注意端羧基液體丁腈橡膠的特性,掌握其反應(yīng)規(guī)律,發(fā)揮端羧基液體丁腈橡膠的增韌性能,達(dá)到增強(qiáng)環(huán)氧樹脂膠粘劑柔韌性能的目的,提高其綜合使用能力。