高温对胶粘剂的老化作用

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1、第六届奎目表面I租学术奇设兰，lI2006年8月高温对胶粘剂的老化作用倪晓雪L2，张三平2，邱大催乙李晓刚1(1．北京科技大学，北京100083；2．武汉材料保护研究所，武j11430030)摘要：用人工加速的方法研究了高温对环氧肢粘剂的影响．用万能试验机测试发现经过高温老化后，环氧胶粘剂的胶粘强度在初期虽有所增加，但随着老化时间的延长则明显降低．傅利叶交换红外光谱伊11R)分析表明，光照使涂层分子碳链断裂，发生在芳香酯的c．O键和氨酯键C-N，同时有一些亲水基团生成．环氧胶粘剂强度的下降是由于分子链发生断裂同时有水分子生成共同引起

2、的．关键词：环氧胶粘剂高温老化FrlR1引言胶粘剂作为一类高分子材料，广泛应用于包装、建筑、汽车、电子、制鞋、纺织、塑料、木材、光学、医疗卫生、航天航空、海洋运输等领域，因此高分子胶粘剂对设备与设施的可靠性、安全性都起着重要影响作用。但是随着对材料的性能要求越来越高，胶粘剂的老化失效问题日益严重，而国内对其环境行为与失效规律的研究工作甚少报道，远远未达到与材料实际应用相适应的水平，严重限制了胶粘剂新材料的开发与应用【ll。由于胶接材料主要是高分子聚合物胶粘剂，对空间环境十分敏感，因此在空间因素作用下，胶粘剂及胶接结构的可靠性与寿命在

3、很大程度上取决于胶粘剂与空间环境之间的交互作用uJ。胶粘剂老化是指由于外部环境中所引起的化学和物理性质变化，如机械强度下降、粘结力降低、脆化、粉化等。老化机理已有人进行了研究o“，老化降解主要是光引发的氧化和水解．其影响因素主要有阳光(特别是紫外线)、温度、氧气、水和污染物等【6】。已有研究表明，光氧化降解随湿度增大而加剧；同样水解降解也因光照而加剧“J。老化的速度随地点、时间、胶粘剂组成和基体金属不同而不同。现场曝晒实验能对胶粘剂的抗老化性能给出理想的评价，也有其不可替代的长周期数据价值。然而，由于其周期太长，对于改进胶粘剂的抗老

4、化性研究来说显然是不能接受的。因此，有必要采用人工加速的老化实验方法进行研究。本文用人工加速方法考察了高温对胶粘剂的老化作用，用万能试验机研究了高温老化后的环氧胶粘剂强度的变化趋势，用FI"IR对高温老化前后的试样进行了分析。2试验方法试样为15mmxlommx2mm的A3钢，在胶接表面去污脱脂之后，用240号砂纸打磨直至试片1000#，抛光，丙酮除油，乙醇将表面擦净，再用电吹风吹干，放入干燥器中备用。涂胶(厚度为O．05～0．20mm)，室温固化一周。将固化好的试样放人烘箱，烘箱温度固定在相应的温度，按照老化周期(5d、10d、1

5、5d、20d、25d、30d)定期取样，在试验室标准温度(23也)"12、相对湿度(50±5)％下停放24h后，测出其强度，采用P'TIR进行分析。3结果与讨论3．1高温老化后环氧胶粘剂强度的变化分别在60"C、80"C、100"C、120"C温度下，对环氧结构胶粘剂进行了九个周期(120luN期)的热老化试验，测得各个周期后的强度，其拉伸强度变化趋势见图1：181第六届空再表面I丧学术鲁议兰州2006年8月图1．不同温度下拉伸强度变化趋势图(1．60℃2．80℃3．100℃4．120℃)从图1可见，环氧结构，胶粘剂的拉伸强度在室温

6、条件下，经过一段时间后其强度变化很小。在60℃温度下，拉伸强度在初期有所上升，然后随老化时间的增加，其强度均呈逐渐下降趋势，下降降趋势缓慢，强度曲线也相对平缓；在80"C、10012、120。C温度下，拉伸强度先是出现增大现象，而且随着温度的升高，其增加的比例也越大；但是，随着老化时问的延长，强度又逐渐下降，并且是随着温度的升高，下降趋势显著变快，曲线斜率越大。从环氧胶粘剂的化学分子结构进行分析可知：环氧胶粘剂的大分子结构具有以下特征．大分子的两端是反应能力很强的环氧基；分子主链上有许多醚键，是一种线型聚醚结构；大分子链上有规律的出

7、现许多仲羟基，主链上还有大量的苯环、次甲基和异丙基。采用低分子聚酰胺与环氧胶粘剂进行固化反应时，主要是伯胺、仲胺的活泼氢与环氧基进行加成反应，但反应不完全。在24·下，低分子聚酰胺与环氧胶粘剂进行固化反应时，环氧基的残留量变化见表1。表1环氧基的残留量}固化时N／hO226．53l95124125I环氧鬻留量10092．545．543．941．741．240．8全固化的反应基团，进一步交联固化而使其胶接强度有所上升，即是所谓的二次固化。从分子运动角度看，在高温条件下，高分子链段的运动性增强，使得在常温下侧链及支链中未能反应的基团相互

8、靠近、接触的几率增大，进而交联密度增加．胶粘剂的胶接强度上升。随着高温老化时间的延长，由于环氧胶粘剂的化学分子结构中含有相对的羰基和羟基基团，在高温、氧气作用下容易氧化，发生化学键的断裂。同时在高温有氧条件下，金属铁、铜、钴等元素氧化